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Ventanas inteligentes con ventilación y recuperación de calor pasiva

El proyecto de investigación europeo Climawin ha desarrollado esta ventana inteligente que consigue una ventilación eficiente en verano y en invierno.

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Un consorcio de tres fabricantes y proveedores europeos de ventanas y sistemas de ventilación ha creado una nueva tecnología de ventanas energéticamente eficientes diseñadas para la recuperación del calor en la ventilación. Además de reducir la pérdida de calor, este nuevo sistema de ventanas inteligentes tiene una función de auto-enfriamiento ideada para los climas cálidos, que permite reducir el uso de aire acondicionado.

corte perfiles

Este avanzado sistema de ventilación a través de ventanas, llamado Climawin, ha sido desarrollado por por un consorcio de tres empresas europeas (Solearth Architecture en Dublín, Irlanda; Rauh Fensterbau en Sassendorf, Alemania; y Horn Vinduer en Lunderskov, Dinamarca) en colaboración con el Centro tecnológico y de investigación Fraunhofer Institute, la Universidad de Aalborg, Dinamarca, y Departamento de Electrónica de la Universidad de Minho, Portugal.

climawin infografia horizon

Las ventanas Climawin son fruto de un proyecto europeo que se ha financiado a través del programa del séptimo Programa Marco de la UE y en concreto del programa Horizon 2020, destinado a la financiación de la investigación y la innovación, convirtiendo ideas excelentes en productos, procesos y servicios comercializables. A día de hoy, al término de la segunda parte del proyecto, los socios han recibido 1,4 millones de euros del presupuesto de la UE.

Climawin estaba destinado principalmente al sector de la rehabilitación, especialmente para los edificios más antiguos en los que los sistemas de ventilación eficientes son poco frecuentes. Gracias a su doble capacidad para optimizar la calidad del aire interior y maximizar la eficiencia térmica, se espera que la ventana Climawin sea un elemento fundamental para los edificios de consumo energético casi nulo o las casas pasivas.

climawin infografia energia

Para el desarrollo de esta tecnología se han invertido tres años y, ahora, tres de los socios del proyecto participan en la fase de lanzamiento al mercado. Las ventanas Climawin estarán disponibles para su comercialización en toda Europa a finales del 2014 en distintos acabados: madera, aglomerado, aluminio y una versión de aluminio revestido (Aluclad), fabricada por los socios daneses y alemanes. Además existirá la opción de que cualquier fabricante de ventanas podrá comprar una licencia al consorcio para integrar la tecnología Climawin en su propia producción.

Como parte del proyecto, el sistema Climawin va a ser instalado en siete edificios pilotos que serán monitorizados durante un año completo, se prevé que las pruebas piloto comiencen en el verano de 2014 y los resultados se irán mostrando en tiempo real en la web del proyecto.

Michael Jennings, Portavoz del Comisionado Europeo de Investigación, Innovación y Ciencia de Máire Geoghegan-Quinn, ha explicado cómo este proyecto demuestra que reducir las emisiones de carbono puede representar una gran oportunidad de negocio para las PYMES, que son la columna vertebral de nuestra economía. Este tipo de tecnologías también ayudarán a los consumidores y las empresas mediante la reducción de las facturas de energía. La UE apoyará aún más este tipo de investigaciones en nuestro nuevo programa Horizon 2020.

Cómo funciona el Sistema Climawin

En los climas fríos, Climawin está diseñado para aumentar el confort, precalentando el aire en las fachadas norte, este y oeste, y la captando la energía solar en las fachadas orientadas al sur. Para climas más cálidos, tiene una función de auto-refrigeración, lo que permite la entrada de luz natural evitando el calor solar no deseado. Mediante la optimización del aislamiento térmico, la captación de energía solar y el control de la luz natural, se estima que ventana mejorará significativamente la eficiencia energética y el confort térmico, tanto en edificios residenciales como comerciales.

climawin funciones

La ventana de alto rendimiento precalienta el aire de ventilación entrante gracias a la energía proveniente de células solares instaladas en la propia ventana. La funciones de la ventana se regulan de forma automática mediante sensores de temperatura colocados en las habitaciones y en el exterior de la propia ventana. Los resultados de las pruebas muestran que un edificio estándar equipado únicamente con ventanas Climawin mejoraría su rendimiento energético entre un 18 y un 24%.

Este sistema tiene numerosas características que le confieren claras ventajas sobre las ventanas y las tecnologías de ventilación existentes. Entre ellas, cabe destacar el elevado aislamiento térmico, las aperturas regulables para la entrada controlada de aire, un marco con doble capa de acristalamiento, filtros de aire, un sistema electrónico integrado y comunicación inalámbrica entre los sensores de las habitaciones y las ventanas (de forma que la instalación pueda adaptarse sin modificar el cableado). Es decir, funciona como sistema de precalentamiento y auto enfriamiento del aire dependiendo de la temperatura en los distintos climas, y también como un elemento de entrada o desviación de aire para condiciones extremas.

climawin valvulas ventilacion

El sistema Climawin consta de:

  • una ventana con dos marcos integrados de vidrio
  • una válvula inteligente (con regulación electrónica)
  • sensores en distintas partes de la ventada y techo de las habitaciones
  • persianas integradas opcionales
  • un sistema de energía fotovoltaica incorporada

ventilacion arriba

El aire exterior es aspirado a través de la válvula que está en la parte inferior de los marcos donde es precalentado en la cavidad entre los marcos por el calor que acumula el cristal. El flujo de aire es modulado en respuesta a las condiciones tanto de la habitación como del exterior detectadas por los sensores de la ventana y del techo, que se comunican de manera inalámbrica y que reaccionan a los programas preestablecidos o especificados por el usuario.

El sistema se completa con una barrera de flujo inverso que impide la condensación y una derivación que permite que el aire fresco entre directamente desde el exterior durante los meses más cálidos, así como un la opción de filtros de aire lavables.

casa fucionamiento

Ventilación natural con recuperación de calor

Climawin es la combinación de una ventana y con un sistema de ventilación que utiliza el aire fresco, de modo que se puede considerar como un sistema natural de ventilación con recuperación de calor. Este sistema trabaja de una manera diferente a la mecánica de la ventilación de recuperación de calor en el que el calor se origina con el calor que se pierde a través de la conducción del mismo, no por convección, por eso en este sistema los conductos y los ventiladores se evitan y el aire entra directamente desde el exterior, pre-calentado en la misma ventana, por lo que es más cómodo.

Climawin se basa en un flujo de aire constante (es un flujo más lento pero permite recupera más calor) mediante la cual se cumple el nivel obligatorio de renovación de aire de los edificios y, al mismo tiempo se puede precalentar el aire fresco que entra. Muchos edificios ya cuentan con un sistema de extracción constante de aire de bajo nivel para la eliminación de aire en cuartos húmedos y esto puede ser suficiente para sacar el aire viciado. En los edificios que no disponen de ventilación activa de cocina y baños, este sistema de extracción de aire convencional podría ser apropiado.

Auto-refrigeración, entrada de luz sol solar sin calor

Para climas cálidos el sistema Climawin con persianas integradas puede permite que la luz solar llegue al interior del edificio pero sin el calor innecesario. Un respiradero en los perfiles de la ventana permite salir hacia el exterior el aire caliente que se acumula entre los cristales con lo que se evita el calentamiento de las ventanas. Si se instalan además las persianas se consigue mucha menos ganancia de calor que en las ventanas tradicionales. Los usuarios de los edificios en climas más cálidos en general se enfrentan a la opción de decidir entre la luz del día y la electricidad para eliminar el calor, o el uso de persianas para evitar el calor y la luz pero con la necesidad electricidad para iluminar, con Climawin existe otra opción y el ahorro de energía puede ser significativo.

persianas

Valores de transmitancia térmica

Los valores transmitancia térmica de la ventana Climawin medidos de manera estática en laboratorio tiene unos Valores U entre 0,085 y 1,1 W/m2K, pero en la práctica se espera que mejoren drásticamente consiguiendo Valores U negativos (es decir, con ganancia neta de calor) durante un período determinado, especialmente en las fachadas orientadas al sur.

A menudo los requisitos de ventilación de una vivienda u otro edificio se pueden cumplir sin necesidad de que todas las ventanas tengan sistema Climawin, por ello en el diseño de las ventanas se ha tenido en cuenta especialmente la integración tanto funcional como visual con las ventanas normales. Al mismo tiempo las ventanas han sido diseñadas para que se puedan fabricar con perfiles y materiales similares a las ventanas convencionales, de modo que los fabricantes las puedan suministrar como un producto más.

Configuración

El número de ventanas que se necesitaría instalar en un edificio dependerá de muchos factores: las exigencias normativas locales, el uso de cada habitación, la anchura y la altura de las ventanas (en las ventanas grandes se instalan más válvulas) y, en cierta medida, los patrones de viento y estanqueidad del edificio. Para poder tener en cuenta todos estos factores Climawin utiliza una herramienta informática que ha sido diseñada específicamente para estimar el número de ventanas que se necesita y los beneficios que se estiman con su instalación.

panel solar

Instalación

Climawin se puede instalar sin necesidad de cableado de modo que es ideal para rehabilitaciones en edificios existentes. Las válvulas de las ventanas y las persianas son alimentados por células solares fotovoltaicas que están integradas en los marcos, mientras que los sensores de zona (que detectan el calor y CO2 de la sala) instalados en el techo de la habitación, se comunican a las ventanas de forma inalámbrica. Esto significa que en un proyecto donde el cliente sólo tiene la intención de sustituir las ventanas no se necesitan más trabajos de instalación ni más personal involucrado.

En proyectos de nueva construcción este sistema abre a nuevas posibilidades ya que los sensores y controladores son capaces de integrarse con sistemas más sofisticados de gestión de los edificios.

interface

Control

El usuario dispone de un control completo del sistema. Un pequeño panel con botones para controlar la posición de cierre y rotación y para parar los procesos de la ventana para el mantenimiento o en un momento en que el usuario desea abrir las ventanas, la temperatura deseada en el interior de las habitaciones, la humedad, etc. serán fijados por el sistema de instalación . También está disponible una interfaz para el PC o Smartphone.

Pruebas y Certificaciones

El sistema Climawin se ha desarrollado en asociación con el prestigioso Instituto Fraunhofer en Alemania. Las pruebas realizadas en este laboratorio autorizado para la certificación de ventanas han certificado que Climawin cumple todos los requisitos físicos y de rendimiento energéticos exigidos. También ha recibido el premio de la Feria de la Construcción BAU de Munich al mejor producto para fachadas en 2013.

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