Las fachadas de vidrio caracterizan la arquitectura moderna. Mientras que la radiación solar sirve para apoyar la calefacción en invierno, el interior del edificio se calienta en verano y requiere refrigeración activa. Las ventanas inteligentes pueden regular la radiación solar de acuerdo con la situación climática, una solución con visión de futuro en tiempos de ahorro de energía. Fraunhofer FEP ahora ha logrado producir la primera capa termocrómica del mundo sobre vidrio ultrafino en un proceso de rollo a rollo. Estos resultados harán que las persianas mecánicas sean superfluas en el futuro y, al mismo tiempo, reducirán los requisitos energéticos de refrigeración y calefacción de un edificio.

Los complejos de oficinas, los edificios públicos y los nuevos edificios se caracterizan arquitectónicamente en su mayoría por grandes ventanas orientadas al sur y fachadas de vidrio. Mientras que la radiación solar sirve para apoyar la calefacción en invierno, el interior del edificio se calienta en verano y requiere una refrigeración activa. El sombreado mediante persianas, por ejemplo, reduce el confort y no contribuye al aprovechamiento del aporte térmico del edificio en invierno. Especialmente en vista del próximo período de otoño e invierno combinado con los requisitos gubernamentales actuales para el ahorro de energía y la crisis energética, las ventanas inteligentes ofrecen una solución muy atractiva aquí. Tales ventanas pueden regular la entrada de calor de la radiación solar de acuerdo con la situación climática.

Tecnologías de recubrimiento para recubrimientos termocrómicos y electrocrómicos

Fraunhofer FEP está investigando sobre recubrimientos de superficie que pueden hacer una contribución importante aquí y permitir una reducción de la radiación de calor a través del vidrio de la ventana hacia el edificio. Nuestros investigadores están trabajando junto con los socios del proyecto, por ejemplo, en el proyecto de la UE "Switch2Save" en sistemas de recubrimiento inteligentes activos que utilizan los efectos del electrocromismo (conmutación de la transmisión de energía mediante la aplicación de un voltaje) y termocromismo (conmutación de la transmisión de energía al exceder/ cayendo por debajo de una temperatura). Tales películas electrocrómicas se pueden usar en acristalamientos aislantes y no solo se usan en edificios nuevos. La modernización de edificios existentes también es posible y es el tema del proyecto "FLEX-G4.0" lanzado recientemente

Actualmente, algunas tecnologías pasivas, como los sistemas SolarControl y los recubrimientos low-E (baja emisividad) ya están disponibles comercialmente en el mercado. Sin embargo, estos delgados recubrimientos producidos sobre láminas o vidrio solo conducen a un ajuste permanente de la transmisión de energía. Por lo tanto, solo funcionan en un entorno, por ejemplo, para evitar la radiación de calor en verano. En invierno, sin embargo, esto se mantiene fuera de la misma manera. Además, también hacen uso de recursos costosos como la plata en el proceso de fabricación. Por lo tanto, los investigadores de Fraunhofer se están enfocando en optimizar las propiedades y reemplazar estos materiales escasos.

Con todas las tecnologías, ya sean pasivas (low-E; SolarControl) o activas (electrocrómicas, termocrómicas), el desafío es dominar el acto de equilibrio entre las diferentes propiedades que deben ser efectivas al mismo tiempo:hacer la impresión óptica y la óptica la efectividad en diferentes rangos de longitud de onda juega el papel más importante o es insignificante en comparación con una gran transmisión de energía. Asimismo, también se debe considerar el rango de temperaturas de conmutación para los recubrimientos termocrómicos y, por supuesto, los costos de fabricación.

Con el fin de encontrar soluciones nuevas y versátiles para esto, los investigadores de Fraunhofer FEP están desarrollando actualmente tecnologías de recubrimiento para elementos termocrómicos en vidrio ultrafino. El material del sustrato con un espesor de aprox. 100 µm impone altas exigencias en el manejo y el escalado a áreas más grandes hasta ahora ha resultado muy difícil. Al mismo tiempo, el uso de una película de polímero como sustrato alternativo, que podría facilitar el manejo, no es factible sin más preámbulos. La razón de esto son las altas temperaturas en el proceso de fabricación.

Primeros recubrimientos termocrómicos sobre vidrio fino en proceso rollo a rollo a nivel mundial

A principios de 2022, los investigadores de Fraunhofer FEP lograron producir la primera capa termocrómica del mundo basada en dióxido de vanadio sobre vidrio ultrafino utilizando la tecnología eficiente de rollo a rollo. La Dra. Cindy Steiner, líder de grupo en Fraunhofer FEP, está complacida:"¡Hemos dado un paso importante en la escala de la tecnología de laboratorio a escala piloto con nuestro equipo de rollo a rollo! Los recubrimientos termocrómicos cambian su transmisión en el rango infrarrojo cuando se excede una cierta temperatura. La transmisión en el rango visible permanece sin cambios. Por lo tanto, el usuario no nota ningún cambio óptico en la ventana y no tiene restricciones en la comodidad de la luz o la visibilidad. Esto bloquea efectivamente la radiación de calor en verano, reduciendo la necesidad para aire acondicionado. En invierno, se deja pasar la radiación de calor del sol, lo que se traduce en un ahorro en el consumo de energía de calefacción".

La temperatura de cambio es de alrededor de 20 °C, lo que significa que el vidrio delgado termocrómico adherido a los edificios cambia entre el estado de transmisión y el de reflexión cuando se calienta por encima de los 20 °C". Esta temperatura de cambio se puede ajustar de acuerdo con los requisitos climáticos a través de la composición, control de procesos y estructura del sistema de capas", agrega el Dr. Steiner.

En el siguiente paso, la tecnología debe ampliarse y llevarse a la madurez del mercado. Los temas de investigación son, en particular, la optimización del manejo del sustrato, la estabilidad a largo plazo y el ajuste de la temperatura de conmutación requerida.

La combinación de tecnologías presentada aquí hace que las persianas mecánicas sean superfluas en el futuro y pueden reducir los requisitos de energía de refrigeración y calefacción de un edificio entre diez y, en casos extremos, hasta un 60 %. + Explora más

Las ventanas inteligentes que protegen contra la radiación solar pueden ayudar a reducir los gases de efecto invernadero