Nova geração de ‘janelas inteligentes’ pode mantê-lo aquecido no inverno e fresco no verão

Janelas que podem ser escurecidas com o toque de um botão já estão reduzindo a necessidade de ar condicionado.

Por The Conversation.

A demanda mundial por energia continua a aumentar à medida que as cidades crescem, a tecnologia avança e as indústrias se desenvolvem. Os edifícios representam cerca de 30%-40% do total — até mais do que a indústria ou o transporte. Isso vem em grande parte dos sistemas de aquecimento, resfriamento e ventilação, com o ar condicionado especialmente faminto por energia.

As janelas são uma parte significativa do problema. Elas permitem que o calor escape no inverno e entre no verão, forçando os sistemas de temperatura a consumir mais energia e aumentar as emissões. O desafio é controlar essa transferência de calor sem comprometer a transparência das janelas e a quantidade de luz do dia que elas deixam entrar, ambos essenciais para o bem-estar e a produtividade das pessoas .

A resposta são janelas inteligentes. A maioria das versões atuais no mercado são o que é conhecido como eletrocrômico (EC), o que significa que funcionam aplicando eletricidade ao toque de um botão em camadas de partículas ou cristais dentro do vidro.

Isso causa uma transformação molecular reversível que torna a janela opaca ou escura, dependendo do produto. Isso bloqueia a maioria da luz infravermelha, que é o que torna os cômodos desconfortavelmente quentes. Isso reduz drasticamente a necessidade de ar-condicionado em países quentes, mantendo cerca de 60% a 70% do calor do lado de fora em temperaturas máximas. Eles também podem reduzir a perda de calor dos cômodos em cerca de 40% em climas mais frios.

Por alguns anos, essas janelas têm vendido muito bem tanto para propriedades comerciais quanto residenciais. O mercado global total em 2023 é estimado em US$ 6,6 bilhões (£ 5,2 bilhões).

No entanto, elas têm várias limitações importantes. Embora as janelas não usem muita energia, elas só funcionam com uma fonte de energia. Isso pode ser desafiador em locais remotos ou com eletricidade não confiável. E na medida em que opções renováveis ​​da rede não estão disponíveis, os usuários precisam instalar uma alternativa como painéis solares para tornar essas janelas neutras em carbono.

Com muitas variedades — embora haja exceções — você só pode alternar entre restrição total e transparência total. Isso significa que você está perdendo os benefícios de ter janelas quando o tempo está quente, e os cômodos provavelmente precisarão de iluminação artificial. E como mencionado anteriormente, as janelas EC fazem um ótimo trabalho em manter o calor fora em países quentes, mas são um pouco mais limitadas em climas mais frios.

O futuro é termocrômico

Uma alternativa que pelo menos nega a necessidade de eletricidade é conhecida como fotocrômica. Elas usam uma camada de pequenos cristais de haleto de prata ou compostos conhecidos como naftopiranos, ambos reagindo a níveis crescentes de luz ultravioleta (UV), fazendo com que o vidro fique tingido em condições mais brilhantes. É exatamente o mesmo material usado em óculos de sol reativos à luz.

Comparadas às janelas EC, elas têm o benefício adicional de criar uma barreira à luz UV. A luz UV não é apenas cancerígena, mas danifica tudo, desde móveis a pinturas e revestimentos EC.

No entanto, janelas fotocrômicas são muito caras, pelo menos se usarem prata. Elas são altamente sensíveis ao clima, o que pode reduzir sua confiabilidade em condições nubladas ou chuvosas. Elas também não são tão boas em bloquear luz infravermelha e não têm controle manual, então são mais úteis para privacidade do que para regular temperaturas ambientes.

Muitos argumentariam que uma variedade mais promissora de janela inteligente para o futuro é uma terceira conhecida como termocrômica, o que significa que elas usam um revestimento de partículas que reagem a temperaturas em vez de luz. Novamente, isso significa que não há necessidade de eletricidade.

Elas são muito mais baratas do que janelas fotocrômicas, ainda bloqueiam luz UV e têm o potencial de serem comparáveis ​​às janelas EC no bloqueio de infravermelho. Elas também podem escurecer progressivamente conforme as temperaturas externas aumentam, o que significa que você pode ter janelas mais transparentes do que aquelas com produtos EC.

Mas, embora o vidro termocrômico já exista, ele ainda não é viável para janelas. Isso ocorre porque as camadas de dióxido de vanádio nas versões atuais refletem totalmente o infravermelho apenas em torno de 67°C, o que é muito mais quente do que até mesmo a temperatura mais alta de todos os tempos no mundo.

Muitos pesquisadores ao redor do mundo estão procurando como melhorar o vidro termocrômico. Isso inclui nosso projeto no Instituto de Meio Ambiente e Sustentabilidade da Universidade de Exeter, que está parcialmente envolvido em testar outros revestimentos para tentar encontrar um que seja eficaz na redução da luz infravermelha em temperaturas externas mais realistas.

Exclusivamente, também estamos procurando combinar isso com vários outros tipos de capacidades que atualmente podem existir em outras variedades de vidro termocrômico além daquelas que podem refletir luz infravermelha. Isso inclui tornar as janelas mais úteis em climas mais frios, permitindo que elas funcionem como um isolante quando as temperaturas estão baixas para que os cômodos não percam seu calor para o exterior, e também armazenando energia para que ela possa ser usada para ajudar a aquecer os cômodos.

É difícil prever um cronograma exato, mas talvez daqui a cinco ou dez anos, esse tipo de pesquisa deve trazer janelas inteligentes ao mercado que serão tão úteis em países frios — assim como durante o dia e à noite. Essa é a chave para a ampla distribuição de um único tipo de janela ao redor do mundo.

Deve fazer uma diferença significativa não apenas para os requisitos de ar condicionado, mas também para a necessidade de aquecimento e radiadores. Meu palpite aproximado seria que, ao instalar cinco janelas inteligentes em um apartamento em um país mais frio, isso pode permitir que os proprietários reduzam o número de radiadores de, digamos, cinco para dois. E além de edifícios, essas tecnologias também podem ser usadas em aviões e carros.

Enquanto isso, há todos os motivos para supor que o mercado, particularmente para janelas EC, continue crescendo. De acordo com uma projeção, ele deve aumentar em quase outros US$ 4 bilhões ou cerca de 60% até 2028. Com a mistura certa de sucesso em pesquisa e suporte político, tanto em países desenvolvidos quanto em desenvolvimento, a próxima geração de janelas inteligentes deve então ser capaz de levar isso adiante e fazer uma grande diferença nas emissões de carbono de edifícios em uma ou duas décadas no futuro.

Este artigo editado é republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons.
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