Quantum Fracture es un canal de youtube en el que se explican conceptos científicos desde un punto de vista distinto. Con videos amenos, alejados de los típicos libros de texto y artículos científicos. Hace algunos meses, se publicó uno sobre materiales que se enfrían por debajo de la temperatura ambiental. El vídeo, bastante interesante, lo podéis encontrar en este link.
En el ámbito de los edificios, con conceptos como el Passivhaus, y el endurecimiento de las exigencias en las calidades constructivas, parece que estamos próximos a que los edificios consuman muy poca energía para mantenerse caliente. Y, por el contrario, empieza a ser cada vez más problemático enfriar los edificios.
Casos como el del edificio de Bolueta, en Bilbao, dónde los habitantes se quejaban de temperaturas ambientales interiores superiores a 30ºC lo atestiguan. Aquí probablemente medien errores de diseño, construcción y/o control del edificio.
Edificio PassivHaus en Bolueta, Bilbao. Rodríguez Vidal, Iñigo; Otaegi, Jorge; Oregi, Xabat. 2020. «Thermal Comfort in NZEB Collective Housing in Northern Spain» Sustainability 12, no. 22: 9630. https://doi.org/10.3390/su12229630
Por no hablar del cambio climático, que prevé un incremento sostenido de las temperaturas a lo largo de los próximos años, aunque hagamos todo lo posible para cumplir con el acuerdo de Paris.
Rubel, F., and M. Kottek, 2010: Observed and projected climate shifts 1901-2100 depicted by world maps of the Köppen-Geiger climate classification. Meteorol. Z., 19, 135-141. DOI: 10.1127/0941-2948/2010/0430.
Con esta tendencia, parece que el punto clave va a ser cómo conseguir mantener fríos los edificios. Las estrategias bioclimáticas, la ventilación cruzada, etc. permiten reducir la carga de refrigeración de los edificios, pero estas no son milagrosas, y en determinados climas y/o períodos del año, no son suficientes.
En este ámbito, surge la siguiente pregunta, ¿Y si hubiese un material mágico que permitiese enfriar los edificios? La magia probablemente no exista ¿o quizá sí? Pero sí que hay posibilidades con la física actual.
Incluso con la hermana mundana de la física (la ingeniería), ya se puede hacer algo. Nuestro CTE, en su versión más reciente, ya prescribe que los edificios deben limitar la incidencia solar por debajo de un determinado umbral.
Pero volviendo a la física, veamos cómo se puede enfriar un edificio. En los procesos de transmisión térmica, el intercambio de energía por convección y radiación se produce siempre del cuerpo más caliente al cuerpo más frío (al menos en balance neto).
Esto hace que sea difícil enfriar los edificios cuando estos se encuentran en ambientes cálidos, con temperaturas ambientales por encima de la temperatura interior del edificio. Lo que resulta todavía más difícil si los edificios son “atacados” por la radiación solar.
Sin embargo, por todos es conocido cómo se produce la condensación superficial del vapor de agua ambiental en las noches despejadas. En palabras menos técnicas, a esto le llamamos rocío. Esto ocurre porque el espacio exterior está MUY frío, y sin nubes interponiéndose, se produce un intercambio radiante bastante intenso entre las superficies expuestas y el espacio exterior.
Campo térmico del cielo (tras un edificio). Temperaturas en ºF. Valor mínimo: -40ºF=-40ºC. Fuente: A thermal Image of a home in the Black Hills of South dakota CC BY-SA 3.0
¿Y si aprovechásemos este fenómeno para enfriar los edificios? Primero habría que evitar la incidencia de la radiación solar, empleando materiales altamente reflectivos. Esto está en investigación desde hace bastante tiempo, son los denominados Cool Roofs.
Además, habría que potenciar la emisividad de los materiales para que fuesen capaces de radiar energía. Todo ello es lo que hacen en el artículo que se referencia en el video, y en algún otro sistema que estamos investigando en el proyecto MIRACLE. En realidad, la investigación a nivel de materiales la hacen nuestros compañeros del grupo de materiales en base cemento en colaboración con el CSIC y varias entidades más. Nosotros, nos encargaremos de desarrollar procedimientos de validación experimental en el edificio KUBIK.
Y a ver qué tal va la cosa. La verdad es que estas tecnologías son interesantes (al menos para los investigadores en transmisión de calor y FRIKIS en general), pero hay que entenderlas en su contexto. Por una parte, y como ya han planteado algunos grupos de investigación relevante, estos materiales pueden ver su eficiencia limitada en el caso de que las nubes y/o edificios circundantes dificulten el intercambio radiante con el espacio exterior. Por otra, la suciedad acumulada sobre la superficie puede hacer que el efecto se pierda con el tiempo.
En cualquier caso, estos sistemas, en combinación con cámaras ventiladas, sí pueden evitar las solicitaciones extremas a las que se someten los materiales en las fachadas. Conjuntamente con los niveles de aislamiento térmico exigibles en los edificios modernos, esto hace que el calor transferido a través de una fachada en cualquiera de los sentidos empiece a ser prácticamente nulo.
Con lo que puede que estos materiales nos lleven en el buen camino. A ver a dónde llegamos.