Aproximadamente $ 20 mil millones en energía se filtra por las ventanas en los Estados Unidos cada invierno, y eso es con ventanas aislantes de doble hoja instaladas en la mayoría de los edificios. El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) está trabajando ahora con los fabricantes para llevar al mercado una "súper ventana" que sea al menos dos veces más aislante que el 99 por ciento de las ventanas a la venta hoy y estará lista para lograr una estado del mercado.

El diseño de superventana "triple delgada" duplica el rendimiento térmico de las ventanas de doble acristalamiento con clasificación Energy Star actuales y es siete veces más aislante que una ventana de un solo acristalamiento. Los científicos de Berkeley Lab han construido y probado prototipos en el laboratorio y ahora están trabajando con Andersen Corporation, el mayor fabricante de puertas y ventanas del país, y por separado con Alpen High Performance Products, que se especializa en puertas y ventanas energéticamente eficientes. Ambos esfuerzos buscan construir y probar prototipos mejorados adecuados para la fabricación a gran escala.

"Nuestro enfoque es atacar el problema desde dos lados:desarrollar fuerzas tanto de 'atracción del mercado' como de 'empuje tecnológico', "dijo el investigador de Berkeley Lab, Steve Selkowitz, uno de los inventores del concepto de superventanas. "Estamos trabajando con los fabricantes para ayudarlos con sus desafíos tecnológicos mientras también trabajamos con Energy Star, empresas de la cadena de suministro, y utilidades, que puede ofrecer descuentos e incentivos para la compra del consumidor. Nuestro papel es ser un catalizador para facilitar la innovación tecnológica y un evangelista en la promoción de la misión de eficiencia energética del DOE ".

Berkeley Lab tiene una larga historia de innovación en tecnologías de construcción ecológica; por ejemplo, Recientemente demostró el uso de iluminación y cortinas controladas para ahorrar energía y está trabajando para hacer realidad los hogares con energía neta cero. Su trabajo en ventanas de alto rendimiento se remonta a finales de la década de 1970, cuando la crisis del petróleo catalizó nuevas formas de ahorrar energía. Los investigadores de Berkeley Lab en ese momento proporcionaron el soporte técnico para un producto nuevo, un revestimiento de ventana de baja emisividad (o baja emisividad) que ayuda a bloquear los rayos infrarrojos de onda larga, para alcanzar el estatus de mercado masivo. Los recubrimientos de baja emisividad le han permitido ahorrar al país miles de millones de dólares en costos de energía.

Selkowitz cree que la nueva superventana triple delgada podría ahorrar aún más. Las ventanas de doble acristalamiento actuales constan de dos capas de vidrio con un revestimiento de baja emisividad y gas argón en el espacio entre las capas de vidrio para reducir aún más la transferencia de calor. La innovación de la superventana de Berkeley Lab es triple:inserta una tercera capa de vidrio muy delgado intercalada entre las dos capas de una ventana de doble acristalamiento, agrega un segundo recubrimiento de baja emisividad, y reemplaza el gas argón con gas kriptón, que es mucho más aislante que el argón en el espacio muy estrecho entre los cristales.

Si bien hay otras ventanas de triple acristalamiento en el mercado, la virtud de éste es que tiene el mismo ancho y prácticamente el mismo peso que las ventanas de doble acristalamiento existentes. Esto evita tener que rediseñar la hoja y el marco de la ventana, lo que supondría un importante obstáculo de costes para la penetración en el mercado.

Objetivo visionario:mejor que las paredes

Uso de energía asociado con todos los aspectos del desempeño de las ventanas, incluyendo calefacción y refrigeración, cuesta a los propietarios de edificios de EE. UU. alrededor de $ 50 mil millones al año. El factor que más contribuye al uso de energía en los edificios es la pérdida de calor en climas más fríos. En climas más cálidos, La luz solar incontrolada que se transmite a través de las ventanas aumenta los costos de aire acondicionado.

Durante años, El último sueño de los investigadores de Berkeley Lab era llegar al punto en que las ventanas pudieran superar a las paredes aisladas en invierno. Con su delgada superventana triple, creen que ese objetivo puede estar ahora a su alcance. "Una sola capa de vidrio tiene un valor R, cuál es su resistencia a la conducción de calor, de R1; el doble acristalamiento es R2, y el doble de baja emisividad es R4, ", dijo el investigador Charlie Curcija." Nuestro triple acristalamiento delgado es de R8 a R10, o aproximadamente el doble de bueno que el mejor doble acristalamiento de baja emisividad actual ".

De hecho, la superventana fue inventada y patentada por Berkeley Lab hace más de 20 años. Pero en ese momento no había fuentes viables de grandes láminas de vidrio muy delgadas, y el costo de los materiales lo hacía prohibitivamente caro.

"El vidrio delgado tiene 0,7 mm de grosor, ", Dijo Curcija." Hace veinte años no podíamos encontrar ninguna empresa que pudiera fabricar láminas de vidrio delgadas en volumen. Ahora, la industria de los televisores de pantalla plana ha impulsado a la industria del vidrio a crear precisamente el vidrio que necesitamos para las ventanas. ya un precio que el mercado de ventanas puede pagar ".

Katherine Graham, Líder del equipo de competencia en vidrio de Andersen, dijo:"Andersen Corporation trabajó junto con Berkeley Lab en la década de 1980 para promover la tecnología de baja emisividad, y nuestro equipo está entusiasmado con la oportunidad de colaborar nuevamente con Berkeley Lab para explorar si este prototipo de súper ventana puede convertirse en un producto viable en el mercado que podamos ofrecer a nuestra base de clientes ".

Historia de la innovación en ventanas de Berkeley Lab

Si bien el enfoque principal de la súper ventana es ahorrar en costos de calefacción en invierno, el revestimiento de baja emisividad se puede ajustar para que sea más útil para fines de enfriamiento de verano. "Para los climas del norte, desea que el revestimiento sea lo más transparente posible, ", dijo el investigador Robert Hart." Para la misma ventana en Phoenix, desea un recubrimiento espectralmente selectivo que evite el calor de la luz solar, pero que todavía puedes ver a través. Berkeley Lab gestiona una base de datos global de 5, 000 acristalamientos y revestimientos en el mercado actual; una de nuestras tareas para DOE es encontrar la selección óptima para una súper ventana en cada clima ".

La superventana es diferente de "ventanas inteligentes, "como ventanas electrocrómicas, que se tiñen automáticamente en respuesta a la luz solar para evitar el sobrecalentamiento de los interiores de los edificios y reducir así los costes de refrigeración. Berkeley Lab también ha realizado avances en esta tecnología, Incluyendo un material de nanocristales que puede gestionar dinámicamente la intensidad de la luz solar cuando pasa a través de una ventana, una innovación que ahora está desarrollando una startup, Heliotropo.

Todavía, ventanas electrocrómicas, entre cinco y ocho veces el costo de la superventana, se consideran un artículo de especialidad de alta gama y apenas están comenzando a ingresar a los mercados. El revestimiento de baja emisividad, por otra parte, se encuentra ahora en casi el 90 por ciento de todas las ventanas vendidas.

El desafío de llegar allí Hart dijo:no fue solo la innovación científica en el diseño de recubrimientos, sino también la superación de las barreras del mercado. Para hacer el caso, Los investigadores de Berkeley Lab crearon instalaciones de prueba de laboratorio y de campo para medir la eficiencia energética de las ventanas, y también proporcionó herramientas de software de diseño y validación utilizadas por la industria y una organización sin fines de lucro, el Consejo Nacional de Calificación de Fenestraciones, para calificar las ventanas. Los recubrimientos de baja emisividad le han ahorrado al país $ 150 mil millones en costos de energía en los hogares, en comparación con una caja base con doble acristalamiento convencional.

Ahora los investigadores de Berkeley Lab esperan replicar o incluso superar ese impacto. "Ayudamos a crear un mercado de miles de millones de dólares al año en ventanas de alto rendimiento con enormes ahorros de energía, ", Dijo Selkowitz." Ahora esperamos dar otro salto en la eficiencia de las ventanas y extender nuestro éxito pasado ".