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Costruire una finestra più intelligente ed efficiente

I progressi della tecnologia hanno migliorato il controllo del calore e della luce per i proprietari di case di oggi.

I proprietari di casa amano le finestre: la luce che portano, le viste che incorniciano, la sensazione che danno alle case. Gli esperti di energia odiano le finestre: il calore che portano, il calore che drenano, il consumo di energia aggiuntivo che provocano. La corsa è in corso per sviluppare la tecnologia che consentirà ai proprietari di casa di posizionare le finestre dove vogliono senza timore di costi energetici alle stelle.

Le

finestre Low-e Coatings hanno continuato a migliorare nel corso degli anni, prima con unità di vetro isolante che fornivano una zona cuscinetto d’aria tra due lastre di vetro per ridurre la perdita di calore sostenuta dalle unità a lastra singola durante la stagione fredda. I miglioramenti sono continuati con l’avvento dei rivestimenti a bassa emissività o bassa emissività. Questi rivestimenti metallici microtinici riflettono il calore, rimandandolo da dove proviene. I rivestimenti a bassa emissività migliorano significativamente la qualità termica delle unità di vetro isolante, aiutando le case a rimanere più calde in inverno e più fresche in estate. L’aggiunta di gas argon o krypton tra questi vetri rivestiti aumenta le proprietà isolanti dell’unità finestra.

All’estremità superiore della tecnologia delle finestre disponibile sono i rivestimenti spettralmente selettivi. I rivestimenti vengono applicati alle lastre di vetro per ridurre il guadagno di calore bloccando l’ingresso in casa di raggi selezionati. Questo miglioramento del vetro rivestito a bassa emissività aiuta a ridurre ulteriormente la perdita di calore dall’interno e il guadagno di calore dall’esterno. Serve anche a proteggere i mobili e i tessuti interni dallo sbiancamento solare. Con il vetro rivestito a gas e selettivo spettralmente in un’unità di vetro isolante ben costruita, il valore R di una finestra può avvicinarsi a quello di una parete ben isolata. Tuttavia, a meno di disegnare le tende o le tende da sole, il sole battente sfida tutte le finestre e provoca un guadagno di calore solare che può compromettere qualsiasi budget energetico.

Le nuove

aziende di tecnologia per finestre stanno ora ricercando tecnologie che consentano alla massima luce visibile di entrare nella casa, bloccando i raggi che causano l’accumulo di calore all’interno della casa. Entra nelle finestre commutabili che rispondono con un semplice tocco dell’interruttore per scurire, schiarire o impedire quasi completamente al sole di entrare nello spazio abitativo. Esiste già una tecnologia per portare il vetro per la privacy commutabile (SPG) nelle case, ma queste finestre non bloccano il guadagno di calore o la penetrazione della luce ultravioletta (UV). SPG cambia da chiaro a bianco latte quando viene commutato, il che consente alla luce di entrare nello spazio interno mentre la vista è bloccata dall’esterno. Marvin Windows ha portato questa tecnologia nel mercato residenziale, ma è stata costretta ad abbandonarla a causa di problemi di qualità.

Il premio sarà scoprire una finestra oscurata commutabile che risponde alla luce e al guadagno di calore assorbendo i raggi e consentendo alla luce di penetrare. L’unico problema è che qualsiasi tecnologia di questo tipo deve eliminare una serie di ostacoli prima di arrivare sul mercato. Molte aziende sono in competizione per sviluppare una soluzione per finestre elettrocromiche o chimiche in grado di oscurare e schiarire le finestre con il semplice tocco di un interruttore o tramite un sensore automatico.

Costruire una finestra migliore

Gli ostacoli principali sono triplici: durata, stabilità termica e affidabilità per quanto riguarda la commutazione. Gentex Corporation, una società di Zeeland, Michigan, nota per i suoi specchietti elettrocromici per auto che si scuriscono e si schiariscono automaticamente per eliminare l’abbagliamento, sta effettuando i propri test per i finestrini elettrocromici.

“Abbiamo aumentato la durata, piuttosto significativi”, afferma Tom Guar, Vicepresidente della ricerca chimica per Gentex. Tuttavia, l’obiettivo deve essere quello di produrre una finestra che possa resistere per 20 anni. “Quando ci pensi, è un ambiente piuttosto difficile”, dice Guar riferendosi alle sollecitazioni che una finestra progettata per assorbire il calore deve sopportare. “Se pensi al tuo vetro che assorbe grandi quantità di luce e calore, diventerà molto caldo, forse creerà persino il vetro”, dice.

Aggiungete a quella suscettibilità alla penetrazione dell’acqua, che è un problema per tutte le unità di vetro isolante (IGU), e alla penetrazione dell’ossigeno, e c’è molto da superare. Marvin ha lottato per assicurarsi che la pellicola aderisse al vetro e il sigillo rimanesse indisturbato. Qualsiasi prodotto futuro dovrà affrontare gli stessi problemi.

Sage Electrochromics, Faribault, Minnesota, produttore di SageGlass, ha sviluppato una tecnologia per finestre elettrocromiche che ha superato tutti e quattro i livelli di test del Dipartimento dell’Energia. I rivestimenti elettrocromici sono molto simili ai rivestimenti a bassa emissività in quanto sono costituiti da una serie di strati inorganici applicati al vetro. Uno strato di accumulo trattiene il litio per alimentare la transizione mentre lo strato elettrocromico cambia da trasparente a colorato a scuro. L’intera reazione è innescata da un segnale elettronico ricevuto da un interruttore. Sage sta ora cercando di collaborare con i produttori di vetri e finestre per creare un prodotto che sarà disponibile per i consumatori per l’uso domestico.

Rendere accessibile l’efficienza delle finestre

“Penso che la loro tecnologia sia molto buona”, ammette Guar. Tuttavia, secondo lui, la chiave sarà produrre una finestra che sia conveniente, affidabile e durevole. Le implicazioni per la produzione sono enormi, dice. “Maneggiare grandi lastre di vetro non è banale”, afferma Guar. Coprire quel vetro con una pellicola chimica è ancora più difficile. “Non è una cosa facile da realizzare”, dice Guar. Tuttavia, la giusta partnership metterebbe il vetro a disposizione delle aziende di finestre che ritengono di poter fornire un sigillo affidabile per questa tecnologia. Il fatto che Sage stia collaborando con Honeywell per fornire la capacità di commutazione dà un grande impulso al loro prodotto.

Certo, sono disponibili tecnologie che utilizzano soluzioni chimiche avanzate per affrontare l’efficienza energetica. Heat Mirror, di Southwall Technologies a Palo Alto, in California, è un prodotto eccellente sviluppato per isolare il vetro dalla perdita di calore e dal guadagno di calore. Le finestre Heat Mirror hanno una barriera riflettente isolante sospesa tra le lastre di vetro. È selettivo spettralmente e consente alla luce visibile di entrare mentre blocca i raggi infrarossi vicini che causano l’accumulo di calore. Funziona come un terzo strato di isolamento e aumenta notevolmente il valore R delle pareti con finestre. Ma, mentre il valore R con le finestre Heat Mirror è eccezionale, il costo per l’isolamento di finestre di questo calibro è molto alto. E non sono commutabili.

La chiave per vincere la corsa alle finestre ad alta efficienza, concorda la maggior parte degli esperti, è lo sviluppo di una tecnologia conveniente che può essere prodotta in serie e durare per tutta la vita di una garanzia standard per finestre.

Per i consumatori, la tecnologia elettrocromica può rivoluzionare il posizionamento delle finestre e il design della casa, consentendo ai progettisti di posizionare le finestre sulle facciate rivolte a ovest senza sostenere l’incredibile fardello che un sole battente occidentale pone sul sistema di condizionamento dell’aria. Può anche significare progettare per il glorioso sole mattutino che così tante case attualmente evitano. Meglio ancora, poiché questa tecnologia è controllata dal dispositivo, può anche essere programmata per scurirsi o schiarirsi automaticamente in modo che i climi interni possano essere controllati efficacemente anche quando il proprietario della casa è assente.

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