Protección solar sin persianas

Vidrio para ventana con propiedades especiales.
Verano. Cielo azul. Sol. Pero esto no se nota mucho en la oficina o en tu casa, porque las persianas bloquean la vista para que el calor permanezca afuera. Este escenario pronto podría ser una cosa del pasado: los investigadores de EPFL están trabajando con Empa en un vidrio de ventana que mantiene el calor en verano y al mismo tiempo permite una visión clara del mundo exterior.

Vidrio de ventana que transmite la luz de manera óptima pero mantiene el calor afuera: un sueño de muchos arquitectos. (Foto: Floriane Vita, Unsplash)

Dependiendo de la temporada, las ventanas deben tener una función diferente para brindar suficiente comodidad en oficinas y apartamentos. En verano deben mantener el calor alejado y evitar el deslumbramiento del sol. En invierno deben distribuir la poca luz de manera óptima en la habitación. Un equipo liderado por Andreas Schüler del Laboratorio de Energía Solar y Física de la Construcción en EPFL ha desarrollado recientemente una ventana que cumple con todos estos criterios.

En colaboración con los investigadores de Empa dirigidos por Patrik Hoffmann, del Laboratorio de Procesamiento de Materiales Avanzados de Thun, actualmente se está trabajando en su fabricación, lo que pronto podría convertir en redundantes a las persianas. El vidrio de la ventana de temporada reduce el sobrecalentamiento y el brillo del verano en los edificios y garantiza una alta energía solar y la entrada de luz diurna en invierno. Todo esto sin perjudicar la vista hacia el exterior mediante el oscurecimiento o las persianas.

Arrancó el proyecto piloto

Los primeros prototipos de vidrio para ventanas de alta tecnología se producen en el sistema láser de Empa en Thun.

Jing Gong, un estudiante de doctorado en EPFL, usó el complejo sistema láser de Empa en Thun para producir la llamada forma maestra con una superficie microestructurada con el láser de precisión. Los micro espejos se evaporan en estos micro-surcos y se encapsulan en una película de polímero. Esta película se puede insertar fácilmente en una ventana de doble acristalamiento convencional. La disposición de los llamados lentes «Concentradores Parabólicos Compuestos» (CPC) se utiliza para reflejar de manera óptima la luz solar con bajas restricciones en la visibilidad. Si bien los primeros prototipos se han desarrollado en el laboratorio, los investigadores ya están trabajando en la ampliación de escala.

En un proyecto piloto en cooperación con BASF Suiza, el equipo está trabajando en un proceso de fabricación que debería permitir producir el revestimiento de vidrio para ventanas que consiste en millones de micro espejos con alta precisión, de manera rápida y rentable. Esto plantea un gran desafío debido a los altos requisitos de calidad óptica. El siguiente paso es mostrar si el vidrio pasa la prueba diaria. Las ventanas se instalarán en el edificio NEST en el campus de Empa en Dübendorf en la unidad de Solace de EPFL.

Ahorro de energía y mejor distribución de la luz.
El innovador vidrio de ventana ofrece numerosas ventajas, como confirman los investigadores en una estimación inicial. "El vidrio puede reducir el consumo de energía térmica de la calefacción o del aire acondicionado en un 10 a 20 por ciento", dice Hoffmann. En muchos casos, se podría prescindir en el futuro de las persianas de la ventana . La luz también debería distribuirse más uniformemente en toda la habitación. En su trabajo de investigación, los investigadores pudieron demostrar que la idea funciona. La autonomía de la luz del día aumenta considerablemente. Con una incidencia de luz de 60 grados, los prototipos ya desvían el 80% de la luz - en una dirección casi horizontal. Esto significa que incluso los rincones más alejados de una oficina o apartamento están mejor iluminados, lo que puede tener una influencia positiva en el clima de la casa, especialmente en invierno, en condiciones de iluminación más oscura. La ventana también permanece transparente, la vista no se cambia.

Cornelia Zogg
Empa
07 Mayo 2018

Una fachada que es una central eléctrica y una garantía de bienestar

Cualquier persona que pase la mayor parte del día en interiores sabe la importancia de un ambiente cómodo para trabajar y vivir. Los investigadores del Laboratorio de Energía Solar y Física de Edificios de EPFL están buscando formas de maximizar la ganancia de energía de la fachada de un edificio y al mismo tiempo optimizar el confort interior de una manera respetuosa con el medio ambiente. Ellos están demostrando cómo se puede hacer esto con "SolAce", la mas reciente unidad en investigación de edificios de Empa y NEST de Eawag.

La fachada azul verdosa de la unidad "SolAce" en NEST brilla como el ala de una mariposa a la luz del sol. La última incorporación al edificio de investigación e innovación de Empa y Eawag en Dübendorf se inauguró oficialmente el 24 de septiembre de 2018. La unidad combina espacio de trabajo y espacio habitable de casi 100 metros cuadrados y está integrada en el lado sur de NEST, entre la segunda y tercera plataforma de la estructura tipo caja compartimentada.

"A través de su fachada," SolAce "producirá más energía de la que la unidad necesita a lo largo del año, mientras que al mismo tiempo proporciona el mejor confort posible a los usuarios". Así es como Jean-Louis Scartezzini explica el objetivo del proyecto. El investigador de la EPFL es el Director del Laboratorio de Energía Solar y Física de la Construcción, y la idea de la última unidad de NEST es su creación. 

Para lograr este objetivo, los investigadores combinan varios elementos de fachada activos y pasivos que presentan tecnologías desarrolladas en el laboratorio con sede en Lausana. Algunas de esas tecnologías están a punto de ser comercializadas por nuevas empresas y colaboraciones con socios de la industria, mientras que otras aún tienen mucho camino por recorrer. "NEST nos brinda la oportunidad única de examinar las distintas tecnologías en interacción entre sí y en un entorno de la vida real", dice Scartezzini.

Electricidad y agua caliente.
El balance positivo de energía de la unidad se logrará mediante la producción de electricidad solar y agua caliente directamente en la fachada. Para este fin se utilizarán módulos fotovoltaicos y colectores solares térmicos con un nuevo tipo de nano-barnizado coloreado. Con el objetivo de promover la integración de unidades fotovoltaicas en la envoltura del edificio ofreciendo un mayor alcance arquitectónico a través de diferentes colores, un equipo de EPFL ha estado investigando recubrimientos para la coloración durante casi 20 años.

El equipo de investigación, dirigido por Andreas Schüler, fue claro sobre el hecho de que el revestimiento tendría que causar la menor pérdida de energía posible. No había problema en utilizar pigmentos absorbentes de color. En cambio, las películas delgadas de entre 5 y 200 nanómetros crean lo que se conoce como "efectos de interferencia de color " en el interior del barnizado, no diferente a los que aparecen en una burbuja de jabón o en las alas de una mariposa, por ejemplo.

"Debido a que el nano-barnizado es muy transparente, prácticamente no hay efectos de absorción y solo pérdidas de energía muy pequeñas", explica Schüler. Esta tecnología ahora ha sido patentada y actualmente está siendo lanzada al mercado por la empresa escindida "SwissINSO", con la versión azul-verde utilizada en NEST.

¿Cómo monitorear el bienestar?
Además del espacio de oficinas para cuatro personas, "SolAce" también ofrece un área de estar para dos. Para mantener la promesa de un confort óptimo, los investigadores están intentando recrear la percepción individual de los usuarios mediante el uso de sensores ópticos innovadores. Los sensores prototipo miden las condiciones de iluminación y el resplandor desde la perspectiva del usuario, por ejemplo, una persona trabajando en una computadora. Este monitoreo sobre la marcha se utiliza para controlar la iluminación eléctrica y la protección solar de la mejor manera posible.

Esto significa que si se supera un cierto valor de resplandor, las persianas venecianas curvadas comienzan a dirigir los rayos de luz que entran al edificio hacia el techo. La iluminación circadiana también está destinada a mejorar el rendimiento laboral de los habitantes de “SolAce”, pero también a apoyarlos durante las fases de recuperación. La iluminación circadiana simula la luz solar a lo largo del día, promoviendo así nuestro ritmo natural de sueño y vigilia.

Barnizado microestructurado.
Del mismo modo, los paneles de ventanas innovadores contribuyen a crear un ambiente acogedor para vivir y trabajar, y sobre todo, a reducir el consumo de energía para calefacción en invierno y para ventilación en verano. Invisible para el ojo humano, un barnizado microestructurado en una película de polímero en el interior del vidrio dirige la luz del invierno hacia el techo de la unidad para una iluminación uniforme, lo que permite que el interior se caliente de manera natural. En verano, el mismo barnizado garantiza que los rayos del sol se alejen de las ventanas y, por lo tanto, las habitaciones no se calientan tanto. Este nuevo tipo de barnizado fue desarrollado en EPFL por Andreas Schüler y su equipo.

Los investigadores usaron un láser de precisión de Empa en Thun para fabricar los primeros prototipos. Ahora el equipo está trabajando con BASF / Suiza para desarrollar un proceso de fabricación industrial. Tan pronto como los primeros paneles de la ventana estén disponibles, se instalarán en la fachada "SolAce". Los investigadores del Laboratorio de Rendimiento Integrado en Diseño de EPFL medirán el confort visual de los nuevos paneles in situ. Hasta entonces, se utilizarán paneles de referencia que proporcionarán cifras de referencia.

Demostrando uso diario
Como es habitual en NEST, la unidad "SolAce" se usará y se habitará en la vida real. Durante la primera fase, son principalmente los investigadores de la EPFL quienes usarán las salas, monitorearán los sistemas y tecnologías y las ajustarán a las condiciones ambientales. “Una vez hecho esto, utilizaremos la unidad para que nuestros huéspedes trabajen y vivan", dice Rico Marchesi, gerente de innovación de NEST. El está encantado con la nueva incorporación al edificio de investigación e innovación y está convencido de que "SolAce" puede hacer una valiosa contribución al diseño futuro de las capas externas de construcción. "Gracias al barnizado de color que se muestra aquí, las preocupaciones estéticas sobre el uso de módulos fotovoltaicos en la fachada ya no son válidas", el está convencido.

Para Jean-Louis Scartezzini, el proyecto ya es un gran éxito: "Una y otra vez, La estrecha colaboración entre investigadores y socios de la industria, pero también entre los propios socios de la industria, dio lugar a ideas sorprendentes y un valioso intercambio de conocimientos ”. El arquitecto de la unidad, Fabrice Macherel, de Lutz Architects en Fribourg, también encontró que la colaboración entre los ámbitos de la investigación y los negocios fue enormemente enriquecedora: "Lograr el equilibrio entre la teoría y la práctica no siempre fue fácil, pero aprendimos muchas cosas nuevas y podemos usar este conocimiento en proyectos futuros". Para decirlo más brevemente: transferencia de tecnología en su forma más pura.

La fachada azul verdosa de la unidad "SolAce" en NEST. Foto: Roman Keller

Empa
24 Setiembre 2018