Cerca de US $ 20 bilhões em vazamentos de energia das janelas nos Estados Unidos a cada inverno - e isso com as janelas de isolamento duplo instaladas na maioria dos edifícios. O Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) está agora trabalhando com os fabricantes para trazer ao mercado uma "superjanela" que é pelo menos duas vezes mais isolante do que 99 por cento das janelas à venda hoje e estará pronta para atingir massa- status de mercado.

O design de superjanela "fina e tripla" dobra o desempenho térmico das atuais janelas de vidros duplos com classificação Energy Star e é sete vezes mais isolante do que uma janela de vidro simples. Os cientistas do Berkeley Lab construíram e testaram protótipos no laboratório e agora estão trabalhando com a Andersen Corporation, o maior fabricante de janelas e portas do país, e separadamente com os produtos de alto desempenho da Alpen, especializada em portas e janelas com baixo consumo de energia. Ambos os esforços visam construir e testar protótipos aprimorados adequados para a fabricação em grande escala.

"Nossa abordagem é atacar o problema de dois lados:desenvolver forças de 'atração de mercado' e 'impulso de tecnologia', "disse o pesquisador do Berkeley Lab, Steve Selkowitz, um dos inventores do conceito de super janela. "Estamos trabalhando com os fabricantes para ajudá-los em seus desafios de tecnologia, ao mesmo tempo em que trabalhamos com a Energy Star, empresas da cadeia de suprimentos, e utilitários, que pode oferecer descontos e incentivos para a compra do consumidor. Nosso papel é ser um catalisador na facilitação da inovação tecnológica e um evangelista na promoção da missão de eficiência energética do DOE. "

O Berkeley Lab tem uma longa história de inovação em tecnologias de construção ecológica; por exemplo, recentemente demonstrou o uso de iluminação e sombreamento controlados para economizar energia e está trabalhando para tornar as casas com energia líquida zero uma realidade. Seu trabalho em janelas de alto desempenho remonta ao final dos anos 1970, quando a crise do petróleo catalisou novas maneiras de economizar energia. Os pesquisadores do Berkeley Lab na época forneceram o suporte técnico para um produto totalmente novo - um revestimento de janela de baixa emissividade (ou low-e) que ajuda a bloquear os raios infravermelhos de ondas longas - para atingir o status de mercado de massa. Os revestimentos de baixa emissão economizaram ao país bilhões de dólares em custos de energia.

Selkowitz acredita que a nova superjanela tripla e fina pode economizar ainda mais. As janelas de vidros duplos atuais consistem em duas camadas de vidro com um revestimento de baixa emissividade e gás argônio na lacuna entre as camadas de vidro para reduzir ainda mais a transferência de calor. A inovação da superjanela do Berkeley Lab é tripla:ela insere uma terceira camada de vidro muito fino imprensada entre as duas camadas de uma janela de vidro duplo, adiciona um segundo revestimento de baixa emissividade, e substitui o gás argônio pelo gás criptônio, que é muito mais isolante do que o argônio no espaço muito estreito entre as vidraças.

Embora existam outras janelas com vidros triplos no mercado, a virtude deste é que tem a mesma largura e praticamente o mesmo peso que as janelas de vidros duplos existentes. Isso evita ter que redesenhar o caixilho e a moldura da janela, o que representaria um obstáculo de custo significativo para a penetração no mercado.

Objetivo visionário:melhor do que paredes

Uso de energia associado a todos os aspectos do desempenho da janela, incluindo aquecimento e resfriamento, custa aos proprietários de edifícios nos EUA cerca de US $ 50 bilhões anualmente. O maior contribuinte individual para o uso de energia em edifícios é a perda de calor em climas mais frios. Em climas mais quentes, a luz solar não controlada transmitida pelas janelas aumenta os custos do ar condicionado.

Por anos, o maior sonho dos pesquisadores do Berkeley Lab era chegar ao ponto em que as janelas pudessem superar as paredes isoladas no inverno. Com sua fina super janela tripla, eles acreditam que essa meta pode agora estar ao seu alcance. "Uma única camada de vidro tem um valor R, que é sua resistência à condução de calor, de R1; vidros duplos são R2, e o duplo low-e é R4, "disse o pesquisador Charlie Curcija." Nossos vidros triplos são de R8 a R10, ou cerca de duas vezes melhor do que os melhores vidros duplos de baixa emissividade hoje. "

A superjanela foi inventada e patenteada pelo Berkeley Lab há mais de 20 anos. Mas na época, não havia fontes viáveis ​​de grandes folhas de vidro muito fino, e o custo dos materiais tornou-o proibitivamente caro.

"O vidro fino tem 0,7 mm de espessura, "Curcija disse." Vinte anos atrás, não podíamos encontrar nenhuma empresa que pudesse fazer folhas de vidro finas em volume. Agora, a indústria de TV de tela plana impulsionou a indústria do vidro a criar precisamente o vidro de que precisamos para as janelas, e a um preço que o mercado de janela pode pagar. "

Katherine Graham, Líder da equipe de competência Glass da Andersen, disse:"A Andersen Corporation trabalhou junto com o Berkeley Lab na década de 1980 para promover a tecnologia de baixa emissão, e nossa equipe está entusiasmada com a oportunidade de colaborar novamente com o Berkeley Lab para explorar se este super protótipo de janela pode se tornar um produto viável no mercado que podemos oferecer à nossa base de clientes. "

História do Berkeley Lab de inovação em janelas

Embora o foco principal da superjanela seja economizar nos custos de aquecimento no inverno, o revestimento low-e pode ser ajustado para torná-lo mais útil para fins de resfriamento de verão. "Para climas do norte, você deseja que o revestimento seja o mais transparente possível, "disse o pesquisador Robert Hart." Para a mesma janela em Phoenix, você quer um revestimento espectralmente seletivo que impede o calor da luz solar, mas que você ainda é capaz de ver através. O Berkeley Lab gerencia um banco de dados global de 5, 000 vidraças e revestimentos no mercado hoje; uma das nossas tarefas para o DOE é propor a seleção ideal para uma superjanela em cada clima. "

A superjanela é diferente de "janelas inteligentes, "como janelas eletrocrômicas, que tingem automaticamente em resposta à luz solar para evitar o sobreaquecimento dos interiores dos edifícios e, assim, reduzir os custos de refrigeração. O Berkeley Lab também fez avanços nesta tecnologia, incluindo um material nanocristal que pode gerenciar dinamicamente a intensidade da luz solar à medida que ela passa por uma janela, uma inovação que agora está sendo desenvolvida por uma startup, Heliotrópio.

Ainda, janelas eletrocrômicas, cerca de cinco a oito vezes o custo da janela super, são considerados um item de especialidade de alta qualidade e estão apenas começando a entrar no mercado. O revestimento low-e, por outro lado, está agora em quase 90 por cento de todas as janelas vendidas.

O desafio de chegar lá, Hart disse, foi não apenas a inovação científica no design de revestimento, mas também a superação das barreiras do mercado. Para fazer o caso, Os pesquisadores do Berkeley Lab criaram laboratórios e instalações de teste de campo para medir a eficiência energética das janelas, e também forneceu ferramentas de software de design e validação usadas pela indústria e uma organização sem fins lucrativos, o National Fenestration Rating Council, para avaliar janelas. Os revestimentos de baixa emissão economizaram ao país US $ 150 bilhões em custos de energia em residências, em comparação com um caso de base com vidros duplos convencionais.

Agora, os pesquisadores do Berkeley Lab esperam replicar ou mesmo superar esse impacto. "Ajudamos a criar um mercado de bilhões de dólares por ano em janelas de alto desempenho com enorme economia de energia, "Selkowitz disse." Agora esperamos dar outro salto na eficiência das janelas e estender nosso sucesso anterior. "