Casi un tercio del consumo energético mundial es cosa de los edificios y, dentro de eso, un 70 % se destina a refrigerarlos y calentarlos. Mejorar el aislamiento o mantener las ventanas cerradas (o abiertas) en función de las necesidades, son algunas de las estrategias habituales para reducir esa huella energética. Los edificios pasivos, que ofrecen climatización sin consumo de energía exógena, suponen un pequeño porcentaje del parque inmobiliario por el momento, pero cada vez hay más alternativas gracias a los últimos avances tecnológicos.

El último ejemplo corre a cargo de un grupo de investigadores del DGIST (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology) en Corea del Sur. El equipo ha diseñado un innovador dispositivo 3D que, mediante una arquitectura de micro-persianas dinámicas, es capaz de calentar o enfriar superficies de forma reversible y eficiente, lo que podría suponer un impulso renovado a la climatización pasiva.

Probablemente, te hayas fijado alguna vez en las piñas de pino que se abren para liberar semillas: lo hacen de forma espontánea cuando detectan humedad ambiental. Pues bien, los ingenieros coreanos han aplicado un principio similar a un nuevo dispositivo que recurre a una arquitectura de actuadores térmicos y aleaciones con memoria de forma (SMA, por sus siglas en inglés).

Antes de que el lector salga corriendo ante los tecnicismos, se trata de una idea relativamente sencilla basada en la diferencia de expansión térmica entre dos materiales metálicos unidos. Al calentarse, un metal se expande más que el otro, lo que obliga a la estructura a curvarse con una precisión nanométrica. El sistema funciona como una piel inteligente que reacciona a los cambios de temperatura sin necesidad de sensores externos, cables o complejos circuitos de control.

En el “modo calefacción”, las láminas permanecen plegadas y planas. En esta configuración, el sistema presenta una superficie con una absorción solar superior al 90%. Esto permite que la fachada se convierta en una “trampa de calor” que captura la radiación del sol incluso en días nublados para calentar la estructura interna del edificio. Sin embargo, cuando la temperatura ambiental cruza un umbral crítico, las propiedades de las superficies con memoria entran en acción de nuevo. Ahora las láminas se curvan hacia arriba simultáneamente, de forma que queda al descubierto una cara interna diseñada específicamente para la refrigeración pasiva.

La verdadera innovación del paper publicado en Advanced Materials radica en cómo el dispositivo gestiona la emisividad térmica. En el modo de refrigeración, la estructura 3D expone una superficie con baja absorción solar (para no recalentarse) y una altísima emisividad en la denominada “ventana de transparencia atmosférica”.

Esto permite que el calor acumulado en el edificio se expulse en forma de radiación infrarroja que atraviesa la atmósfera terrestre y viaja directamente hacia el frío del espacio exterior. Es, en términos físicos, convertir los tejados o las fachadas de un edificio en un radiador cósmico que enfría la estructura por debajo de la temperatura ambiente sin usar un solo vatio de electricidad.

La investigación, liderada por el profesor Hoe Joon Kim, demuestra resultados sin precedentes en el campo de la climatización pasiva. Las simulaciones teóricas realizadas por el equipo del DGIST confirman que esta tecnología permite una reducción de la potencia de refrigeración del 6,8% durante el verano. En los meses más fríos, el modo de absorción solar logra una reducción del 5,6% en la potencia necesaria para calefacción.

En I'MNOVATION #Hub seguimos de cerca cómo los nuevos diseños y materiales constructivos están sustituyendo o complementando a los sistemas de climatización tradicionales mediante soluciones que reducen el consumo energético:

• Pigmentos de alta reflectancia y enfriamiento radiativo. Recubrimientos inteligentes basados en partículas de dióxido de titanio o polímeros porosos que reflejan el espectro infrarrojo solar casi en su totalidad. Estas pinturas pueden mantener los tejados hasta 10 °C más fríos que el asfalto convencional bajo sol directo. Una de las aplicaciones más recientes permite hasta recolectar agua atmosférica.
• Materiales de cambio de fase (MCF). Sustancias integradas en el hormigón o el yeso que absorben calor al fundirse durante el día y lo liberan al solidificarse por la noche. Actúan como una batería térmica que estabiliza la temperatura interior, lo que reduce las necesidades de calefacción.
• Sistemas de ventilación pasiva biomiméticos. Estructuras porosas que, a la usanza de los termiteros, optimizan la ventilación y climatización pasiva de los edificios.

La implementación de estas tecnologías de climatización pasiva a gran escala podría mitigar el efecto conocido como “isla de calor urbana”. Al evitar que los edificios absorban calor y, en su lugar, lo reflejen o lo emitan al espacio, se reduce la temperatura global de las calles con la consiguiente mejora en la calidad de vida de sus habitantes.

Los edificios no son los únicos en beneficiarse de este enfoque tecnológico. Hace un tiempo hablábamos de un prototipo de marquesina de autobús que, valiéndose de energía fotovoltaica, hacia circular el agua de un aljibe subterráneo y reducía la temperatura de las inmediaciones para hacer más llevadera la espera de los viajeros.

La conclusión es sencilla: si queremos optimizar el consumo de energía para afrontar los crecientes episodios de temperaturas extremas y olas de calor, los sistemas de climatización pasiva prometen ser una alternativa eficaz sin disparar la factura del consumo eléctrico en tiempos de cambio climático.

Fuente:

• TechXplore