Un grupo de investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania investigó la eficacia de una cubierta de ventana de una sola capa que puede mejorar el ahorro de energía en el invierno.Crédito: iStock/@Svetl.Reservados todos los derechos.
UNIVERSITY PARK, Pensilvania — Las ventanas de doble acristalamiento intercaladas con una capa de aire aislante pueden proporcionar una mayor eficiencia energética que las ventanas de un solo panel, pero reemplazar las ventanas de un solo panel existentes puede ser costoso o técnicamente desafiante.Una opción más económica, pero menos eficaz, es cubrir las ventanas de una sola cámara con una película metálica translúcida, que absorbe parte del calor del sol en invierno sin comprometer la transparencia del vidrio.Para mejorar la eficiencia del recubrimiento, los investigadores de Pensilvania dicen que la nanotecnología puede ayudar a llevar el rendimiento térmico a la par de las ventanas de doble acristalamiento en invierno.
Un equipo del Departamento de Ingeniería Arquitectónica de Pensilvania investigó las propiedades de ahorro de energía de los recubrimientos que contienen componentes a nanoescala que reducen la pérdida de calor y lo absorben mejor.También completaron el primer análisis exhaustivo de la eficiencia energética de los materiales de construcción.Los investigadores publicaron sus hallazgos en Energy Conversion and Management.
Según Julian Wang, profesor asociado de ingeniería arquitectónica, la luz infrarroja cercana (la parte de la luz solar que los humanos no pueden ver pero que pueden sentir el calor) puede activar el efecto fototérmico único de ciertas nanopartículas metálicas, aumentando el flujo de calor hacia el interior.a través de la ventana.
"Estamos interesados ​​en comprender cómo estos efectos pueden mejorar la eficiencia energética de los edificios, especialmente en invierno", dijo Wang, quien también trabaja en el Instituto de Arquitectura y Materiales de la Escuela de Arte y Arquitectura de Pensilvania.
En primer lugar, el equipo desarrolló un modelo para estimar cuánto calor de la luz solar se reflejaría, absorbería o transmitiría a través de ventanas recubiertas con nanopartículas metálicas.Eligieron un compuesto fototérmico debido a su capacidad para absorber la luz solar del infrarrojo cercano y al mismo tiempo proporcionar suficiente transmisión de luz visible.El modelo predice que el revestimiento refleja menos luz o calor del infrarrojo cercano y absorbe más a través de la ventana que la mayoría de los otros tipos de revestimientos.
Los investigadores probaron ventanas de vidrio de un solo panel recubiertas con nanopartículas bajo luz solar simulada en un laboratorio, confirmando las predicciones de la simulación.La temperatura en un lado de la ventana recubierta de nanopartículas aumentó significativamente, lo que sugiere que el revestimiento puede absorber el calor de la luz solar desde el interior para compensar la pérdida de calor interna a través de las ventanas de un solo panel.
Luego, los investigadores introdujeron sus datos en simulaciones a gran escala para analizar el ahorro de energía del edificio en diversas condiciones climáticas.En comparación con los revestimientos de baja emisividad de las ventanas individuales disponibles comercialmente, los revestimientos fototérmicos absorben la mayor parte de la luz en el espectro del infrarrojo cercano, mientras que las ventanas con revestimiento tradicional la reflejan hacia afuera.Esta absorción del infrarrojo cercano produce entre un 12 y un 20 por ciento menos de pérdida de calor que otros revestimientos, y el potencial general de ahorro de energía del edificio alcanza alrededor del 20 por ciento en comparación con los edificios sin revestimiento con ventanas de un solo panel.
Sin embargo, Wang dijo que una mejor conductividad térmica, una ventaja en invierno, se convierte en una desventaja en la estación cálida.Para tener en cuenta los cambios estacionales, los investigadores también incorporaron marquesinas en sus modelos de construcción.Este diseño bloquea la luz solar más directa que calienta el ambiente en verano, eliminando en gran medida la mala transferencia de calor y los costos de enfriamiento asociados.El equipo todavía está trabajando en otros métodos, incluidos sistemas de ventanas dinámicas para satisfacer las necesidades estacionales de calefacción y refrigeración.
"Como muestra este estudio, en esta etapa del estudio, todavía podemos mejorar el rendimiento térmico general de las ventanas de un solo acristalamiento para que sean similares a las ventanas de doble acristalamiento en invierno", dijo Wang."Estos resultados desafían nuestras soluciones tradicionales de utilizar más capas o aislamiento para modernizar ventanas de una sola cámara para ahorrar energía".
"Dada la enorme demanda de infraestructura energética y medioambiental en el parque de edificios, es imperativo que avancemos en nuestro conocimiento para crear edificios energéticamente eficientes", dijo Sez Atamtürktur Russcher, Profesor Harry y Arlene Schell y Jefe de Ingeniería de Construcción."Dr.Wang y su equipo están realizando investigaciones básicas prácticas”.
Otros contribuyentes a este trabajo incluyen a Enhe Zhang, estudiante de posgrado en diseño arquitectónico;Qiuhua Duan, profesora adjunta de Ingeniería Civil en la Universidad de Alabama, recibió su doctorado en Ingeniería Arquitectónica de la Universidad Estatal de Pensilvania en diciembre de 2021;Yuan Zhao, investigador de Advanced NanoTherapies Inc., que contribuyó a este trabajo como investigador de doctorado en la Universidad Estatal de Pensilvania, Yangxiao Feng, estudiante de doctorado en diseño arquitectónico.La Fundación Nacional de Ciencias y el Servicio de Conservación de Recursos Naturales del USDA apoyaron este trabajo.
Se ha demostrado que las cubiertas de ventanas (moléculas de primer plano) mejoran la transferencia de calor de la luz solar exterior (flechas naranjas) al interior de un edificio y, al mismo tiempo, proporcionan suficiente transmisión de luz (flechas amarillas).Fuente: Imagen cortesía de Julian Wang.Reservados todos los derechos.