Ni ventilador ni aire acondicionado: el sistema de climatización chino que deja pasar la luz pero bloquea el 92% de la radiación solar en las ventanas

Según un estudio publicado en la revista científica Infrared Physics & Technology, un sistema de climatización pasivo integrado en el cristal de las ventanas bloquea el 92 % de la radiación solar sin gastar electricidad.

El dispositivo se llama Ventana Transparente Reflectora de Calor para Enfriamiento (THCW, siglas en inglés de Transparent Heat-Reflective Cooling Window) y deja pasar la luz visible mientras impide que el calor entre al interior.

El mecanismo se basa en el enfriamiento pasivo radiativo, que no necesita ni ventilador ni aire acondicionado para funcionar. A diferencia de esos sistemas, el cristal no consume energía externa, ya que expulsa el calor del interior directamente hacia el cielo.

¿Cómo consigue este cristal bloquear el calor y dejar pasar la luz a la vez?

La estructura combina seis capas alternadas de un polímero de silicona, óxido de aluminio, plata, óxido de titanio, otra capa de plata y sulfuro de zinc, depositadas sobre un sustrato de vidrio circular de 20 milímetros de diámetro.

Esa disposición deja pasar el 60 % de la luz visible, refleja el 92 % de la radiación solar en el infrarrojo cercano y emite el 93,8 % de la energía en el infrarrojo de onda larga.

Esa última franja coincide con la ventana de transparencia atmosférica, un rango de longitudes de onda de entre 8 y 13 micrones en el que el calor atraviesa la atmósfera terrestre sin que esta lo retenga. Gracias a eso, la superficie irradia el calor acumulado directamente hacia el espacio en lugar de calentar el aire de alrededor.

El diseño y la fabricación del prototipo de cristal de climatización

Según el manuscrito difundido en SSRN, el equipo ajustó el grosor de cada capa con un algoritmo de optimización y simuló el comportamiento óptico de la estructura antes de construirla.

El prototipo se fabricó con evaporación por haz de electrones. La última capa, de polímero de silicona, se aplicó por centrifugado y se curó a 80 grados. Un microscopio electrónico de barrido confirmó la estructura de las seis capas.

¿Cuánta energía ahorraría este cristal de climatización en un edificio?

Una simulación con el programa EnergyPlus comparó este cristal con un vidrio convencional en diez ciudades de distintos climas. Por ejemplo, en el caso de ejemplo analizado por los especialistas, Nueva Delhi, en India, ahorraría más energía que el resto, con una proyección de 72,39 kWh por metro cuadrado al año.

En ciudades de clima más templado, como Barcelona o Londres, el ahorro proyectado ronda los 20 kWh por metro cuadrado al año. La simulación también incluyó Melbourne, Shanghái, Lhasa, Quito, Helsinki, Chicago y Las Vegas.

La caída de temperatura registrada en las pruebas de China

En una simulación para la ciudad china de Zhengzhou, con una temperatura ambiente que superó los 37 grados durante las horas de más sol, la superficie cubierta con este cristal se mantuvo en torno a los 17 grados. Eso supone una reducción de hasta 16 grados respecto al ambiente.

Con una temperatura ambiente de 37 grados, los investigadores calcularon que el flujo de enfriamiento radiativo del material llega a 162 vatios por metro cuadrado.

Las ventajas de este diseño de climatización frente a otros cristales similares

Los propios autores compararon su dispositivo con seis estructuras similares descritas en estudios anteriores. Según ellos, es el único que combina una alta transmisión de luz visible, una alta reflexión de infrarrojo cercano y una alta emisión de infrarrojo de onda larga, con un proceso de fabricación relativamente sencillo y escalable.

Los autores plantean integrar este tipo de cristal con paneles fotovoltaicos en fachadas de edificios o con materiales de cambio de fase para almacenar calor.

Firman el estudio Kaihua Zhang y Dengyuan Hou, del Laboratorio Clave de Mediciones y Aplicaciones del Espectro Infrarrojo de la Universidad Normal de Henan (China); Biyuan Wu, de la Escuela de Energía y Potencia de la Universidad Politécnica del Noroeste (Xi’an, China); y Xiaohu Wu, de la Escuela de Circuitos Integrados de la Universidad de Hubei (Wuhan, China).

El trabajo contó con financiación de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China.