La era de la fachada inteligente en edificios inteligentes
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La era de la fachada inteligente en edificios inteligentes

375403 • 15/04/2019

Las tecnologías avanzadas que convierten la fachada inteligente en valiosas fuentes de generación de energía aprovechando la luz solar, el calor y el viento.

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La envolvente ha desempeñado tradicionalmente un papel pasivo en la estrategia energética de un edificio, ahora están a punto de transformar la forma en que se diseñan los edificios.

La necesidad de desarrollar una fachada inteligente para fuente de energía renovable para alimentar edificios nunca ha sido mayor. Aproximadamente el 40% de la producción mundial de materias primas se destina al suministro de calefacción y refrigeración, ventilación, iluminación, agua y otros servicios utilizados en viviendas y edificios no residenciales. Dada la inminente escasez mundial de combustible y los ambiciosos objetivos de reducción de carbono de los gobiernos, los investigadores y los científicos de la construcción se enfrentan al reto de diseñar la fachada inteligente para edificios que generen tanta o más energía de la que consumen.

La envolvente del edificio, que ofrece una fachada inteligente expuesta y sin sombra en innumerables edificios de oficinas, ofrece una ubicación ideal para tecnologías innovadoras de energía solar y eólica. Se ha desarrollado el primer vidrio fotovoltaico  solar transparente impreso del mundo que podría significar el final del panel fotovoltaico tradicional.

En Alemania, India y Gran Bretaña se cultivan algas unicelulares para fachada inteligente creando biocombustibles e incluso alimentos y en Suecia se intenta aprovechar la piezoelectricidad, una fuente de energía que todavía está en fase de investigación pero que se está tomando cada vez más en serio. La Belatchew Arkitekter ha propuesto la rehabilitación de una histórica torre residencial en Estocolmo con miles de pequeños pelos que generan electricidad simplemente con el viento.

Fotovoltaica incorporada en una fachada inteligente

Aquí las células solares se incorporan a la fachada inteligente del edificio, los materiales estándar se sustituyen por laminados de vidrio incrustados con células fotovoltaicas. Una tecnología imprime materiales orgánicos de células solares directamente sobre el vidrio sin necesidad de cables o células visibles.

La capa extra delgada de células transparentes y orgánicas sensibilizadas por el colorante se aplica al vidrio convencional, y cuando es golpeada por la luz solar crea una diferencia de potencial, un voltaje, que es recogido por los receptores que corren alrededor del borde del vidrio.

El sistema puede convertir alrededor del 12% de la energía solar recibida en electricidad, que es sólo un 3% menos eficiente que los paneles fotovoltaicos convencionales actualmente en el mercado, pero su fabricación cuesta significativamente menos.

El tinte utiliza productos que son relativamente abundantes en la naturaleza y se requiere muy poca energía durante la fabricación, lo que reduce drásticamente el precio. Donde un panel fotovoltaico promedio puede costar alrededor de unos 500 euros / 560 dólares por m2, aquí se paga por el precio de una ventana más 60 euros / 70 dólares el m2 para que le apliquen el recubrimiento. El hecho de que el tinte esté hecho de compuestos orgánicos, no de silicio altamente refinado, también debería reducir el retorno de la energía en varios años.

El vidrio se puede producir en varios colores con las correspondientes diferencias de eficiencia energética: el negro es altamente eficiente, el verde es menos eficiente, el rojo está bien y el azul menos. Esta variedad debería crear una estética más interesante que los paneles fotovoltaicos convencionales y despertar el interés por la tecnología renovable para ser empleada en la fachada inteligente.

Fachada inteligente biorreactiva

Los ingenieros han soñado durante mucho tiempo poder crear una fachada inteligente que imite la naturaleza y cambie en respuesta a su entorno. Un ejemplo temprano y de fachada inteligente es el Instituto del Mundo Árabe en París, que utiliza aperturas fotosensibles controladas por motor, para controlar la cantidad de luz solar y de calor que entra en el edificio.

La casa BIQ incorpora una fachada inteligente de 64 paneles de protección contra la lluvia de doble cristal, cada uno de ellos lleno de agua y una especie de algas que crece rápidamente en respuesta a la luz solar directa. Una serie de tuberías que conectan los paneles hacen circular las algas y las bombean a una sala de plantas donde, a través del proceso de digestión anaeróbica, serán consumidas por las bacterias para producir gas metano que puede ser almacenado localmente o utilizado como combustible para el edificio.

La parte inteligente es cómo el proceso de fotosíntesis en las algas también impulsa la respuesta dinámica del edificio a la cantidad de sombra solar que requiere. A medida que la luz solar acelera el ritmo de crecimiento de las algas, el vidrio se vuelve cada vez más nublado, impidiendo que la luz solar directa entre en el edificio. El nivel de opacidad también puede ser controlado, eliminando las algas con la bomba para ajustar la cantidad de protección solar.

Se espera que la fachada cree 15 g de biomasa por metro cuadrado de acristalamiento, lo que no suena mucho. Pero dado que como organismo unicelular las algas son 30-50% eficientes en la conversión de la energía del sol en energía utilizable, en comparación con sólo un 15% para un buen panel fotovoltaico. La tecnología tiene un gran potencial en fachada inteligente sin sombra, y las algas podrían tener beneficios muy positivos en términos de reducción de las necesidades de energía de refrigeración de un edificio sin la necesidad de costosas enfriadoras. La energía producida, en forma de metano, podría ser usada para operar una planta combinada de calor y electricidad para generar electricidad y calor.

Producción de alimentos garantizada

Se están llevando a cabo pruebas para evaluar el impacto de variables como el tipo de algas, las condiciones ambientales y la orientación del edificio. Posicionar el sistema dentro del edificio es vital para garantizar las tasas de producción de alimentos. El ambiente templado y la temperatura variable hacen que las tasas de crecimiento de las algas fluctúen. Si se puede controlar la temperatura, se puede garantizar el rendimiento.

El potencial de problemas de ruido y vibraciones ha frenado el desarrollo de la energía eólica integrada en la fachada, pero ¿qué pasaría si los pelos o las frondas pudieran aplicarse a las paredes de un edificio, y la energía de su movimiento se aprovechara para alimentar la iluminación u otros sistemas?

La piezoelectricidad es una carga eléctrica que se acumula en ciertos materiales sólidos, como los cristales, cuando se deforman. En comparación con los aerogeneradores tradicionales, los componentes serían casi silenciosos, no tendrían partes mecánicas móviles propensas al mal funcionamiento y podrían funcionar a bajas velocidades de viento, ya que sólo se necesitaría una ligera brisa para hacerlas oscilar y generar energía.

El concepto de fachada inteligente que producen energía peluda también está siendo explorado edificio peludo, usar miles de agujas que vibran en el viento crear suficiente energía para impulsar los sensores internos o las luces LED y superar los problemas relacionados con los sistemas mecánicos donde las piezas necesitan mantenimiento o se caen.

Otras tecnologías eólicas actualmente en desarrollo podrían cambiar la noción de fachada para siempre. Roland Schmehl, profesor de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, ha desarrollado un prototipo de "vela de cometa" como alternativa a un aerogenerador, que mide sólo 25 m2, pero que con vientos de 70 a 90 km/h puede generar suficiente energía para 40 hogares.

Fachada inteligente para la transformación de edificios en centrales eléctricas

Se están desarrollando productos de acero y vidrio con recubrimientos funcionales para la fabricación de grandes volúmenes, creando paredes y techos que generan, almacenan y liberan energía renovable. Los productos serán adecuados tanto para edificios nuevos como para los ya existentes, en particular aquellos en los que predominan el metal y el vidrio.

Estamos hablando de recubrimientos inteligentes para fachada inteligente, o recubrimientos de superficie en acero y vidrio que, por ejemplo, pueden generar calor  suficiente para calentar el edificio a lo largo del año de forma autónoma.

Las tecnologías que se están explorando abarcan tanto el recubrimiento como la impresión, y una combinación de tecnología fotovoltaica (conversión de la luz solar en energía eléctrica) y colectores solares transpirados, en los que la energía térmica puede ser cosechada directamente de la envolvente del edificio, almacenada en baterías o transferida a otros recubrimientos emisores de calor en un sistema integrado.

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