Las ventanas termocrómicas basadas en perovskita reducen la carga energética y la emisión de carbono en los edificios

El uso de ventanas termocrómicas en edificios de oficinas mejora la eficiencia energética en todas las zonas climáticas de Estados Unidos al modular la temperatura interior, lo que supone un enorme ahorro, según una investigación dirigida por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de EE.UU.

Las ventanas termocrómicas basadas en el uso de materiales de perovskita para absorber la energía del sol pasan de ser transparentes a un estado visiblemente absorbente o reflectante. La tecnología mitiga las cargas de calefacción en climas cálidos y las de refrigeración en regiones más frías.

Lance Wheeler, investigador principal del proyecto, afirma que el cambio a ventanas termocrómicas ahorra anualmente una cantidad significativa de energía, y que la principal fuente de ahorro procede de la necesidad de menos energía de calefacción para los edificios de oficinas muy acristalados en climas fríos o estacionales. Si todos los trabajadores del edificio de oficinas simulado recorrieran en un vehículo eléctrico la distancia de un trayecto medio al trabajo en Estados Unidos, la energía anual podría utilizarse para cargar completamente el coche de cada trabajador todos los días del año.

Los resultados se detallan en el artículo "Thermochromic Halide Perovskite Windows with Ideal Transition Temperatures", que aparece en la revista Advanced Energy Materials.

Investigación

La investigación, que se basó en un programa informático de modelización que Wheeler ayudó a desarrollar, llamado PVwindow, sugiere que añadir un laminado termocrómico a una ventana de un solo cristal o incluso de doble cristal supondrá un ahorro significativo.

Los edificios son responsables del 40% del consumo de energía primaria en Estados Unidos, y la calefacción es el principal factor. La tecnología de los revestimientos revolucionó la eficiencia energética de las ventanas a partir de los años ochenta al absorber o reflejar selectivamente la luz infrarroja, pero permitiendo que la luz de la porción visible del espectro solar atravesara el cristal. Sin embargo, algo más de la mitad de la energía solar se produce en las longitudes de onda visibles, por lo que se necesita más energía para calentar o enfriar edificios con importantes fachadas de cristal.

Además, los investigadores utilizaron como edificio modelo una estructura de 12 plantas con una proporción ventana-pared del 95%. Simularon el consumo de energía del edificio en intervalos de 15 minutos durante un año en ocho zonas climáticas del país: Hawai, Arizona, California, Colorado, Nueva York, Wisconsin, Minnesota y Alaska. Así lo determinaron:

• Las ventanas termocrómicas de doble acristalamiento mejoraron la eficiencia energética del edificio respecto a las ventanas de doble acristalamiento en cada zona.
• El ahorro energético fue mayor en las regiones más frías.
• Las ventanas termocrómicas de doble acristalamiento superaron incluso a las de triple acristalamiento en las zonas climáticas más cálidas.

Los investigadores observaron que, en los climas más fríos, las ventanas de triple acristalamiento proporcionaban más ahorro energético que las ventanas termocrómicas de doble acristalamiento, pero que la adición de un laminado termocrómico para crear una ventana de triple acristalamiento proporcionaba el mayor ahorro energético anual en comparación con las ventanas de doble acristalamiento de mayor eficiencia.

Cómo funciona

Las ventanas termocrómicas se activan en función de la temperatura, y los investigadores calcularon que la temperatura de transición ideal se sitúa entre 20 y 27,5 grados Celsius.

"Si la temperatura de transición es demasiado alta, es posible que la ventana no ahorre energía y los edificios estén mejor con ventanas estáticas", explica Wheeler. "Es interesante que este rango sea válido en muchos climas diferentes, desde el norte de Minnesota hasta el sur de California. Esto se debe a que las ventanas dinámicas reducen la ganancia de calor solar en los veranos para ahorrar aire acondicionado, y también aumentan la ganancia de calor solar cuando se necesita calor en los inviernos."

Así mismo, los investigadores combinaron la modelización con el trabajo experimental y demostraron una película de perovskita intercalada entre dos capas de vidrio. La conmutación termocrómica se demostró duradera durante 200 ciclos.

"Pudimos reducir significativamente la temperatura de transición en el laboratorio para igualarla a la temperatura ideal prevista", dijo Wheeler. "El trabajo pone de manifiesto las numerosas áreas de especialización del NREL y el poder de la colaboración entre la ciencia de los materiales y la ciencia energética de los edificios".