El sistema Solar Gate favorece el control climático de los edificios

El sistema Solar Gate favorece el control climático de los edificios ICD/IntCDC Universidad de Stuttgart Omicrono

Tecnología

Adiós a los radiadores: el sistema alemán que imita la piel de la piña para climatizar los edificios sin consumir energía

Investigadores alemanes han diseñado un sistema de fachada adaptativa que reacciona a la temperatura y la humedad sin necesidad de electricidad.

Más información: El invento de un ingeniero para aislar tu casa mejor del frío: una ingeniosa baldosa fabricada con los residuos de rastrojos

Publicada
Actualizada

El cambio climático sigue avanzando a ritmo preocupante y los objetivos de descarbonización parecen lejos de cumplirse, mientras sufrimos sus consecuencias tanto en España como en el resto del mundo. Para frenar las emisiones de gases de efecto invernadero, pocas medidas pueden ser más decisivas que la de reducir el consumo energético de los edificios y del sector de la construcción. Combinados, representan el 37% del CO2 que se emite a nivel global, una cifra que puede reducirse gracias a inventos como el que permite tener bombas de calor más baratas, compactas y muy fáciles de instalar, o materiales constructivos menos contaminantes que el hormigón.

En este contexto, las fachadas de los edificios cumplen un rol crucial. Actúan como barrera y regulador térmico, influyendo directamente en la necesidad de calefacción y refrigeración. Las fachadas adaptativas, capaces de ajustar sus propiedades en función de las condiciones ambientales, pueden reducir notablemente el consumo energético y el impacto ambiental. Por ejemplo, sistemas de sombreado dinámicos pueden modificar su orientación, forma o características térmicas para optimizar el confort interior, dependiendo del clima exterior.

Ahora, inspirándose en los mecanismos naturales de las piñas de pino, investigadores de las universidades de Stuttgart y Friburgo han diseñado un sistema innovador de sombreado: Solar Gate, una fachada adaptativa que no requiere electricidad para funcionar. Este sistema, detallado en un artículo de la revista Nature Communications, utiliza materiales naturales y tecnologías avanzadas como la fabricación aditiva para responder pasivamente a los cambios climatológicos, reduciendo considerablemente el consumo energético.

Así funciona Solar Gate

"Tradicionalmente, las fachadas arquitectónicas que responden al clima dependen de dispositivos técnicos complejos. En cambio, exploramos cómo el material en sí puede ser reactivo, aprovechando el diseño computacional y la impresión 3D", explica el profesor Achim Menges, director del Instituto de Diseño Computacional y Construcción (ICD) de la Universidad de Stuttgart, en un comunicado de prensa. Este enfoque ha permitido desarrollar un sistema que opera de manera autónoma, sin necesidad de energía ni componentes mecánicos externos. La clave radica en la estructura biomaterial que actúa como una máquina en sí misma.

Solar Gate utiliza el concepto de higromorfismo, una propiedad de ciertos materiales que reaccionan a los cambios en la humedad. La celulosa, el recurso natural renovable más abundante del planeta, se hincha cuando la humedad aumenta y se contrae cuando disminuye. Este principio es el mismo que permite a las escamas de las piñas de pino abrirse o cerrarse según las condiciones climáticas. Para replicar este comportamiento, los investigadores desarrollaron una estructura de doble capa utilizando fibras de celulosa y técnicas de impresión 4D.

El sistema Solar Gate, Solar Gate se adapta a las condiciones meteorológicas

La impresión 4D, una evolución de la impresión 3D, permite fabricar objetos que cambian de forma en respuesta a estímulos externos, como la temperatura o la humedad. En este caso, los elementos impresos se curvan y se abren cuando están expuestos a una alta humedad, permitiendo el paso de la luz y el aire. En condiciones secas, los materiales vuelven a su forma inicial, bloqueando la radiación solar y, por tanto, reduciendo la temperatura del interior del edificio.

Thomas Speck, líder del Grupo de Biomecánica Vegetal de la Universidad de Friburgo, describe el logro como un ejemplo representativo de biónica: "Solar Gate no solo hereda la funcionalidad y eficiencia de los sistemas biológicos, sino también su estética, reproduciendo los movimientos naturales de las plantas en un producto arquitectónico".

Experimentos en condiciones reales

Los responsables de Solar Gate no querían que su idea quedase simplemente en un papel. Querían comprobar su eficacia tanto en laboratorio como en condiciones reales, para lo que sometieron los componentes a pruebas rigurosas durante más de un año, con las que consiguieron demostrar su durabilidad y eficiencia.

Posteriormente, el sistema se instaló en el edificio de demostración livMatS Biomimetic Shell de la Universidad de Friburgo. Este edificio, diseñado para la investigación de materiales biomiméticos, utiliza Solar Gate en una claraboya orientada al sur, lo que permite regular el clima interior de manera sostenible.

Esta región del suroeste de Alemania suele caracterizarse por un clima templado con veranos secos y calurosos, con temperaturas diurnas medias de 21º C y un índice de humedad del 47%, e inviernos húmedos y fríos, en los que la temperatura baja a una media de 5 ºC y el índice de humedad alcanza un 82%. Estos datos lo convierten en un lugar idóneo para comprobar hasta qué punto puede contribuir Solar Gate a garantizar un interior confortable reduciendo el gasto energético.  

En invierno, los elementos de sombreado se abren para dejar pasar la luz solar y calentar el edificio de forma natural. En verano se cierran, minimizando la entrada de radiación de los rayos solares y reduciendo la necesidad de utilizar el aire acondicionado.

Proceso de impresión 4D de los componentes de Solar Gate

Proceso de impresión 4D de los componentes de Solar Gate ICD/IntCDC Universidad de Stuttgart Omicrono

Lo mejor de todo es que este proceso funciona únicamente gracias a los ciclos meteorológicos diarios y estacionales, sin gastar ni un kW de electricidad. Y lo hace a una velocidad considerable: "las bicapas alcanzan una transformación completa entre dos extremos de índice de humedad de 30% y 90% en 30 minutos", aseguran los investigadores en su artículo.

Superado con nota el periodo de prueba de Solar Gate, ahora sus responsables quieren seguir mejorando este sombreando adaptativo explorando aplicaciones en diferentes sistemas de construcción y zonas climáticas, como los climas tropicales cálidos y húmedos o los fríos y secos de la tundra. El objetivo también es aplicar el sistema a superficies acristaladas más grandes, incluso a cubiertas de estadios deportivos, con un mayor potencial de ahorro en calefacción y refrigeración.