Los azulejos de techo adaptables pueden ser la clave para reducir el consumo de energía en calefacción/enfriamiento

Según estimaciones de investigaciones de mercado, el mercado global de techos podría superar los US$140 mil millones para 2033, partiendo de casi US$82 mil millones en 2023. No hay obra de construcción completa sin una solución de techado. Es igualmente esencial para estructuras residenciales y comerciales. El mercado tiene una naturaleza dinámica ya que los techos requieren reemplazo a intervalos frecuentes. En Norteamérica, según una estimación de investigación de mercado, 94% de los proyectos de techado son reemplazos de techos. 

Reemplazar techos antiguos suele tratar de hacerlos ambientalmente sostenibles y energéticamente eficientes. Los techos fríos, capaces de reflejar la radiación solar y reducir la temperatura del techo, pueden ahorrar US$0,50 por pie cuadrado, según algunos estudios. 

Algunas estimaciones esperan que el mercado global de techos fríos crezca a una tasa compuesta anual de 5,7% hasta 2025. Los materiales de techado reflectante, como membranas o recubrimientos blancos, pueden reducir la temperatura de la superficie del techo hasta 50 grados Fahrenheit. 

Mientras que las propiedades de enfriamiento o calefacción se han convertido en una característica definitoria de las soluciones de techado, el interés en la sostenibilidad y el ahorro energético muestra que las soluciones deben ser eficientes. 

Comenzaremos la discusión de hoy con una de esas soluciones que ha llamado la atención en la industria del techado a nivel mundial. 

Azulejos de techo adaptables: sensibles a la temperatura exterior; ayuda a reducir el consumo de energía

Científicos de la Universidad de California, Santa Bárbara, han desarrollado una investigación académica que detalla cómo los azulejos de techo pueden reducir los costos de calefacción y refrigeración. 

El objetivo de los tres investigadores involucrados en este proyecto, Charlie Xiao, Elliot Hawkes y Bolin Lao, era reducir las facturas de energía de los estadounidenses y disminuir la necesidad de combustibles fósiles necesarios para operar los sistemas HVAC domésticos. 

Estos azulejos adaptativos vienen con un interruptor radiativo que ayuda a alternar entre los estados de calefacción y refrigeración. Puede cambiar entre los estados de enfriamiento y calefacción dentro de los 3 grados Celsius de la temperatura de conmutación. Puede reducir las necesidades de enfriamiento y calefacción más de 2,5 veces en comparación con dispositivos estáticos. 

El “interruptor”, o el dispositivo pasivo de termorregulación, es un cuadrado de 4 pulgadas. Sirve como una superficie móvil que puede cambiar sus propiedades térmicas para responder a una gama de temperaturas.

Según el investigador Charlie Xiao:

“Cambia entre un estado de calefacción y un estado de refrigeración, dependiendo de la temperatura del azulejo.”

Los investigadores diseñaron la solución apuntando a una temperatura de 65 grados Fahrenheit, que equivale a aproximadamente 18 grados Celsius. 

Pero, ¿por qué esta solución ha sido recibida con tanto entusiasmo por la industria del techado? Llegar al fondo de esta pregunta requiere comprender el escenario del consumo energético de los edificios en EE. UU.

El 50 % del consumo energético de los edificios de EE. UU se destina a calefacción y refrigeración

La cantidad de energía que se destina a la calefacción y refrigeración de los edificios de EE. UU es enorme. Según la Administración de Información Energética de los Estados Unidos, el consumo total de energía de uso final por los sectores residencial y comercial representó alrededor del 29 % del consumo total de energía de uso final en EE. UU en 2022. Si se incluyen las pérdidas de energía del sistema eléctrico, los sectores residencial y comercial representaron el 38 % del consumo total de energía de EE. UU en 2022. 

Con el 50 % del consumo energético de los edificios de EE. UU destinado a calefacción y refrigeración, el sistema debe ser energéticamente eficiente a cualquier costo. Además, el cambio climático y el calentamiento global aumentarán la necesidad de refrigeración. Sin embargo, habrá áreas donde la demanda de calefacción también permanecerá alta e incluso podría incrementarse. 

Los sistemas tradicionales de techos fríos, incluidos recubrimientos reflectantes, membranas, tejas o láminas, funcionan bajo el principio de enfriar los hogares reflejando la luz solar. Estas soluciones también liberan parte del calor atrapado como radiación infrarroja térmica. Sin embargo, el problema surge cuando los sistemas de techos fríos continúan radiando calor en invierno, elevando los costos de calefacción. En resumen, carecen de eficiencia energética y rentabilidad. 

Teniendo en cuenta todos los aspectos mencionados anteriormente, una solución que pueda alternar entre los estados de calefacción y refrigeración en respuesta a la temperatura exterior es, sin duda, revolucionaria, sobre todo porque funciona sin electricidad. 

La solución también se considera fundamental para la industria porque puede atender los requisitos de calefacción y refrigeración en el mismo edificio el mismo día. No existen muchas tecnologías disponibles actualmente que puedan cambiar automáticamente entre calefacción y refrigeración pasivas. Las soluciones disponibles, sin embargo, son mayormente ineficientes para cambios diarios, ya que requieren un amplio rango de temperatura para ciclar los estados. 

Los investigadores también afirman que su diseño es altamente adaptable. Puede lograr diferentes puntos de ajuste de temperatura alterando el material de cambio de fase. Para una mayor refrigeración radiativa, un rendimiento de calefacción mejorado y una durabilidad superior, los azulejos adaptativos solo necesitan modificar su recubrimiento. 

Otra característica que hace que la solución sea atractiva es su diseño simple y su potencial de producción de bajo costo. 

Mientras todas estas ventajas y beneficios esperan ser aprovechados por la industria y producidos a mayor escala empresarial, múltiples otras soluciones de construcción están trabajando para reducir el consumo energético de calefacción/refrigeración. Ahora veremos algunas de esas soluciones.

Recubrimiento inteligente para techos con ahorro energético en todas las estaciones

Científicos involucrados en un estudio liderado por Junqiao Wu, científico del cuerpo docente en la División de Ciencias de los Materiales del Laboratorio Berkeley y profesor de la Universidad de California, Berkeley, desarrollaron un recubrimiento inteligente para techos de todas las estaciones que mantiene los hogares cálidos en invierno y frescos en verano. 

Al igual que la solución anterior, esta tampoco requiere gas natural ni electricidad. 

Según Junqiao Wu:

“(Nuestro) recubrimiento para techo de todas las estaciones cambia automáticamente de mantenerte fresco a cálido, dependiendo de la temperatura del aire exterior. Es aire acondicionado y calefacción sin energía y sin emisiones, todo en un solo dispositivo.”

Para lograr su objetivo, los científicos desarrollaron un nuevo material llamado recubrimiento radiativo adaptativo a la temperatura (TARC). TARC desactiva automáticamente la refrigeración radiativa en invierno, asegurando que no haya sobreenfriamiento ni desperdicio de energía. 

Con TARC, los científicos esperan que el hogar promedio en los Estados Unidos ahorre hasta 10 % en electricidad. La solución es capaz de reflejar el 75 % de la luz solar durante todo el año. Sin embargo, cuando la temperatura ambiente supera los 25 °C o 77 °F, su emisividad térmica llega a alrededor del 90 %. 

Junqiao Wu, expresando su entusiasmo por lo que la solución podría lograr, dijo:

“Originalmente pensábamos que el cambio de calentar a enfriar no sería tan dramático. Nuestras simulaciones, experimentos al aire libre y de laboratorio demostraron lo contrario: es realmente emocionante.” 

Los investigadores tenían planes de desarrollar prototipos de TARC adecuados para aplicaciones a mayor escala. Tenían la esperanza de que TARC demostrara su valor como recubrimiento térmicamente protector para prolongar la vida útil de baterías en smartphones y laptops. Otros usos podrían incluir la protección de satélites y automóviles contra temperaturas extremadamente altas o bajas y la fabricación de telas reguladoras de temperatura para tiendas, cubiertas de invernaderos, sombreros y chaquetas. 

Las soluciones energéticamente eficientes para edificios de EE. UU, especialmente con un enfoque en techos eficientes, también están disponibles a nivel empresarial. Veremos algunas de esas soluciones en los próximos segmentos. 

1. Whitco Roofing, Inc.

Whitco se posiciona como el mayor contratista comercial de techos en Atlanta y uno de los principales contratistas de techos en Norteamérica. Whitco es una de las pocas compañías comerciales de techos en Norteamérica que cuenta con Profesionales Certificados en Techos Verdes como personal. También ofrece paneles solares para techos que pueden suministrar eficientemente más del 25 % de la energía total de un edificio. Sus soluciones también incluyen aislamiento de techo de poliisocianurato. Aplicado correctamente, este solución puede disminuir significativamente los costos de calefacción y refrigeración en escenarios de uso comercial e industrial. 

Fundada en 2005, Whitco Roofing es una empresa privada con sede en Atlanta, Georgia, Estados Unidos. 

2. Grundfos

Cuando se trata de un enfoque holístico para reducir el consumo energético de calefacción o refrigeración en edificios, Grundfos es el nombre que destaca en la cima. Sus soluciones atienden tanto a edificios comerciales como a residenciales. 

Para hacer la calefacción comercial energéticamente eficiente, Grundfos ofrece bombas circuladoras, bucles de mezcla, soluciones de bombeo distribuido, conjuntos de refuerzo, bombas monostadio en línea, hidro‑refuerzos y mucho más. Para una calefacción energéticamente eficiente en instalaciones domésticas, Grundfos depende mayormente de bombas circuladoras. 

En el ejercicio financiero 2022, Grundfos registró una facturación neta de DKK 33,3 mil millones (2021: DKK 28,7 mil millones). Registró un crecimiento de ventas del 12,1 % en monedas locales respecto al último ejercicio (2021). El retorno sobre ventas en 2022 aumentó al 11,8 % en 2022, comparado con el 11,4 % en 2021.

3. Tesla Solar Roofs

La instalación de los techos solares de Tesla (TSLA ) brinda la oportunidad de alimentar el hogar con un sistema solar y de almacenamiento de energía totalmente integrado. Ofrece una garantía de 25 años y protección contra cortes de energía 24/7. El techo solar se complementa con Powerwall, una batería doméstica compacta para seguridad energética continua. Estas baterías ayudan a almacenar la energía producida por el techo solar para alimentar el hogar en cualquier momento. 

En cuanto a composición, un techo solar incluye tanto tejas solares de vidrio como tejas de acero. Las tejas solares de vidrio generan energía. Las tejas de acero de grado arquitectónico están diseñadas para aportar longevidad y resistencia a la corrosión al techo. 

Según cifras publicadas oficialmente por la compañía, el equipo interno de profesionales energéticos de Tesla ha instalado cerca de 4 gigavatios de energía solar en aproximadamente 480 000 techos. En conjunto, estos techos generan más de 25 TWh de energía limpia. 

El conjunto también incluye inversores solares de Tesla para mantener el sistema bien integrado, seguro, fiable y listo para cortes. Con la aplicación de Tesla, se puede monitorizar la producción de energía en tiempo real. También es posible controlar el sistema desde cualquier lugar con alertas instantáneas y acceso remoto. 

En el tercer trimestre de 2023, Tesla registró unos ingresos superiores a US$21,4 mil millones. El margen operativo se situó en el 17,2 %. 

Edificios y eficiencia energética: el camino por delante

El calentamiento global y el cambio climático son una preocupación civilizatoria. Gobiernos, organismos reguladores, consejos de naciones y empresas están todos interesados en crear soluciones que ayuden a lograr módulos energéticos eficientes. Además de soluciones especializadas, existen muchas formas de abordar estas preocupaciones mediante pequeñas modificaciones cotidianas en nuestros sistemas de construcción.

La Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables de los Estados Unidos recomienda muchas de esas soluciones, como añadir aislamiento, usar iluminación LED, instalar bombas de calor, etc. 

Las personas que viven en climas cálidos y húmedos pueden usar tubos de calor deshumidificadores para reducir la humedad interior y mejorar el confort. Minimizar las pérdidas de energía en los conductos es otra forma de fomentar la eficiencia energética. Aislar los conductos y sellarlos herméticamente podría ser útil. 

Para sistemas de calefacción de agua eficientes en edificios, se pueden considerar soluciones como bobinas sin tanque, calentadores de agua indirectos, calentadores solares de agua, etc. Introducir procesos como la recuperación de calor del agua de desagüe también puede resultar útil. 

Hay muchos beneficios al reducir el consumo energético de calefacción/refrigeración. No se trata solo de reducir costos. Tiene mayores beneficios comunitarios. Ayudan a construir resiliencia comunitaria y un sistema que sea energéticamente inteligente y equitativo. En cada región existen comunidades desatendidas que necesitan tecnologías e infraestructuras rentables para acceder a un suministro de energía ininterrumpido. 

Los sistemas energéticamente eficientes también reducen la contaminación del aire, beneficiando la salud general de la comunidad. Menos combustión de combustibles fósiles también es beneficioso para nuestra ecología, las plantas y los animales que nos rodean. 

Su beneficio para la economía de infraestructura del país también es significativo. Los sistemas energéticos eficientes alivian la carga de las redes. Ayudan a minimizar la congestión y el estrés en la distribución eléctrica en cualquier momento. 

Los beneficios son tan amplios y de gran alcance que necesitaremos más soluciones como los azulejos de techo adaptables en el futuro. Es, sin duda, un hito alentador en el camino hacia la eficiencia y la sostenibilidad. 

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