La llegada de una ciclogénesis con frío polar a España en el puente de diciembre y las primeras nevadas en varias regiones han exigido el máximo a los sistemas de calefacción de los hogares. Eso, teniendo en cuenta que el gasto energético de los edificios sigue siendo uno de los más importantes, entre el 30 y el 40% del total (por encima de la industria o el transporte), lo que supone un esfuerzo económico enorme para miles de familias. Afortunadamente, en los últimos años están sucediéndose avances tecnológicos que buscan reducir ese consumo sin renunciar al confort térmico, desde bombas de calor cada vez más compactas y baratas hasta el invento español que calienta la casa rápido, se instala fácil y ahorra un 90% en las facturas.

Relacionadas habitualmente con el ahorro en aire acondicionado por su capacidad para bloquear los rayos infrarrojos, las ventanas inteligentes suponen una alternativa a tener muy en cuenta para resolver el problema. Un nuevo proyecto de investigación del Instituto de Medio Ambiente y Sostenibilidad de la Universidad de Exeter, en Reino Unido, apuesta por el desarrollo de un nuevo material para reducir la pérdida de calor de los edificios a través de las ventanas y proporcionar un ahorro energético de entre el 30 y el 40% anual.

Este nuevo desarrollo pretende solventar los principales problemas y limitaciones a los que se enfrentan las ventanas inteligentes disponibles actualmente en el mercado. Su funcionamiento requiere electricidad y, en la mayoría de los casos, se basan en alternar la restricción total al paso de luz con la transparencia completa. La tecnología electrocrómica, la más habitual, es la idónea para evitar el calor en verano, pero en invierno no es tan eficaz a la hora de bloquear el frío. La alternativa termocrómica, que cambia el color dependiendo de la temperatura, parece la más prometedora.

Ventanas inteligentes

Las ventanas son uno de los elementos más importantes a la hora de estudiar la eficiencia energética de un edificio. Son las principales responsables de la pérdida de calor en invierno y su aumento en verano, y por eso se han convertido en la diana principal de investigadores y constructores a la hora de buscar soluciones.

La más extendida, como decíamos, es la de las ventanas inteligentes electrocromáticas, que se fabrican intercalando una película transparente de cristales líquidos dispersos en polímeros (PDLC) entre dos piezas de vidrio. Con sólo pulsar un botón se produce una transformación molecular reversible que vuelve la ventana opaca u oscura. Eso consigue interrumpir el paso de la luz infrarroja, la causante de que las habitaciones sean demasiado calurosas en climas cálidos o cuando suben las temperaturas en los meses veraniegos.

Su potencial es enorme, ya que consiguen 'rebotar' hasta el 70% del calor hacia el exterior, y en algunos casos también pueden reducir su pérdida cuando hace frío. Sin embargo, su instalación tiene varios inconvenientes. Su consumo de energía no es excesivo, pero necesitan una fuente de alimentación constante, y al volverse completamente opacas requieren el uso de iluminación artificial en el interior cuando hace sol. Además, las películas electrocromáticas se suelen degradar rápidamente, teniendo que ser sustituidas para seguir ofreciendo los mismos resultados.

Para solventar estas limitaciones, otros investigadores y fabricantes han apostado por la tecnología fotocrómica, que elimina la necesidad de electricidad. Su funcionamiento es similar al de las gafas de sol cuyas lentes cambian de tonalidad según la intensidad de la luz ambiental. Estos desarrollos se sustentan en una capa de diminutos cristales de haluro de plata o compuestos llamados naftopiranos, que reaccionan al aumento de la luz ultravioleta (UV) y tiñen el cristal de forma progresiva, adaptándose de manera pasiva.

El principal problema de las ventanas fotocromáticas desarrolladas hasta la fecha es su elevado coste, derivado del uso de haluros de plata. Varios de los prototipos y productos finales también se han mostrado poco fiables en días nublados o lluviosos y carecen de control manual. 

Por todo esto, los investigadores de la Universidad de Exeter, liderados por el profesor Asif Tahir, han apostado por la tercera vía, la tecnología termocrómica, capaz de reaccionar a las temperaturas en lugar de a la luz. Tampoco necesitan electricidad, son más baratas que las otras opciones y tienen capacidad para bloquear la luz ultravioleta y los infrarrojos. Además, permitirán un oscurecimiento progresivo ajustado al calor exterior, con varios grados intermedios de transparencia. 

Combinación de tecnologías

Para conseguir un producto final viable y válido tanto en climas cálidos como fríos, la investigación se centrará en "reducir la pérdida de calor, controlando la radiación solar entrante para maximizar la ganancia solar", según expone la web del proyecto. También buscan "minimizar la pérdida de calor en invierno e invertirla en verano, al tiempo que se garantizan las mejores condiciones de iluminación natural sin deslumbramientos".

Para ello deberán superar algunos obstáculos, como la dificultad para conseguir que las capas de dióxido de vanadio que se utilizan actualmente cambien a medida que la temperatura aumenta. Los dispositivos termocrómicos actuales empiezan a reflejar los infrarrojos a partir de los 67 ºC, lo que los hace inoperativos para su uso en ventanas. 

Por eso el equipo de Tahir plantea combinar varias tecnologías para desarrollar "un compuesto inteligente múltiple basado en una matriz optimizada de materiales de cambio de fase (PCM) para mejorar la capacitancia térmica, materiales aislantes transparentes (TIM) para aumentar la resistencia térmica, absorbente infrarrojo transparente (TIA) para absorber la radiación IR y materiales termocrómicos (TCM) para controlar la transmisión de luz". Todo eso, unido a un revestimiento reflectante infrarrojo, permitirá "reducir la pérdida y ganancia de calor a través de la envolvente transparente del entorno construido".

El objetivo final del programa de investigación implica la producción a escala de ventanas inteligentes capaces de mantener un entorno confortable de luz natural y reducir el consumo anual de energía de los edificios entre un 30 y un 40%. 

"La instalación de cinco ventanas inteligentes en un apartamento de un país frío permitiría a los propietarios reducir el número de radiadores de cinco a dos", señala Anurag Roy, investigador postdoctoral en la Universidad de Exeter en un artículo publicado en The Conversation. "Y, además de en los edificios, estas tecnologías también podrían utilizarse en aviones y coches".