I proprietari di case amano le finestre: la luce che portano, i panorami 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 causano. La corsa è per sviluppare la tecnologia che consentirà ai proprietari di abitazione di posizionare le finestre dove vogliono senza timore di costi energetici alle stelle.
Rivestimenti basso emissivi
Le finestre hanno continuato a migliorare nel corso degli anni, prima con le 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 proseguiti con l'avvento di rivestimenti a basso emissività o bassa emissività. Questi rivestimenti metallici microsottili riflettono il calore, rimandandolo da dove proviene. I rivestimenti basso emissivi migliorano significativamente la qualità termica delle vetrate isolanti, aiutando le case a rimanere più calde d'inverno e più fresche d'estate. L'aggiunta di gas argon o krypton tra questi pannelli rivestiti aumenta le proprietà isolanti dell'unità finestra.
Alla fascia alta della tecnologia delle finestre disponibile ci sono i rivestimenti spettralmente selettivi. I rivestimenti vengono applicati alle lastre di vetro per ridurre l'aumento di calore impedendo ai raggi selezionati di entrare in casa. Questo miglioramento del vetro rivestito low-e aiuta a ridurre ulteriormente la perdita di calore dall'interno e l'aumento di calore dall'esterno. Serve anche a proteggere mobili e tessuti all'interno dallo sbiancamento solare. Con un vetro con rivestimento spettrale selettivo riempito di gas 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 parte tirare 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.
Nuova tecnologia per finestre
Le aziende stanno ora ricercando tecnologie che consentano alla massima luce visibile di entrare in casa bloccando i raggi che causano l'accumulo di calore all'interno della casa. Inserisci finestre commutabili che rispondono con un semplice tocco dell'interruttore per scurire, schiarire o bloccare quasi completamente il sole dall'entrare nello spazio abitativo. La tecnologia esiste già 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 trasparente a bianco latte quando viene acceso, 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 stato costretto ad abbandonarla a causa di problemi di qualità.
Il premio sarà scoprire una finestra oscurata commutabile che risponde all'aumento di luce e calore assorbendo i raggi e consentendo alla luce di penetrare. L'unico problema è che una tale tecnologia deve superare una serie di ostacoli prima di arrivare sul mercato. Molte aziende sono in competizione per sviluppare una soluzione per finestre elettrocromica o chimica in grado di scurire e schiarire le finestre con il semplice tocco di un interruttore o tramite un sensore automatico.
Costruire una finestra migliore
Gli ostacoli principali sono tre: durata, stabilità termica e affidabilità per quanto riguarda la commutazione. Gentex Corporation, una società della Zelanda, nel Michigan, nota per i suoi specchietti elettrocromici per automobili che si scuriscono e si schiariscono automaticamente per eliminare l'abbagliamento, sta effettuando i propri test per i finestrini elettrocromici.
"Abbiamo aumentato la durata, abbastanza 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. "Se ci pensi, è un ambiente piuttosto difficile", dice Guar delle sollecitazioni che una finestra progettata per assorbire il calore deve sopportare. "Se pensi che la tua lastra di vetro assorbe grandi quantità di luce e calore, diventerà molto calda, forse addirittura romperà il vetro", dice.
Aggiungete a questa 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 che il sigillo rimanesse intatto. Qualsiasi prodotto futuro dovrà affrontare gli stessi problemi.
Sage Electrochromics, la Faribault, Minnesota, produttori di SageGlass, ha sviluppato una tecnologia per finestre elettrocromiche che ha superato tutti e quattro i livelli di test da parte del Dipartimento dell'Energia. I rivestimenti elettrocromici sono molto simili ai rivestimenti basso emissivi in quanto sono costituiti da una serie di strati inorganici applicati al vetro. Uno strato di stoccaggio contiene 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 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 di 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 renderebbe il vetro disponibile alle 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 una grande spinta 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 che è stato sviluppato per isolare il vetro dalla perdita di calore e dall'aumento di calore. Le finestre Heat Mirror hanno una barriera riflettente isolante sospesa tra le lastre di vetro. È spettralmente selettivo e consente alla luce visibile di entrare bloccando 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 gara delle finestre ad alta efficienza, concordano 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 carico che un sole battente occidentale pone sul sistema di climatizzazione. Può anche significare progettare per il glorioso sole mattutino che così tante case attualmente evitano. Meglio ancora, poiché questa tecnologia è controllata da dispositivi, può anche essere programmata per scurire o schiarire automaticamente in modo che i climi interni possano essere controllati efficacemente anche quando il proprietario della casa è assente.