Fereastra - Portal de afaceri - revista de specialitate pentru furnizorii de sisteme si producatorii de tamplarie din PVC, Aluminiu si lemn stratificat cu geam termoizolant. Aici gasiti informatii utile despre: ferestre, usi, pereti cortina, termopane, geam termopan, etc.

O treime din energia produsa pe plan global este consumata de cladiri, care au, astfel, o contributie de 28% in totalul de emisii de dioxid de carbon. Aceste niveluri ridicate de consum energetic sunt partial rezultatul tendintelor arhitecturale, orientate catre fatade cu zone vitrate ample, avand un nivel scazut de termoizolare. Raportul fereastra-zona opaca in ceea ce priveste rezistenta termica a crescut constant de la sfarsitul celui de-al Doilea Razboi Mondial, iar cererea pentru pereti cortina ramane in continuare ridicata, in pofida performantei energetice si a preocuparilor crescande cu privire la efectele schimbarilor climatice. Pentru a face fata acestei provocari si a imbunatati eficienta de ansamblu a unei constructii, in ultimele decenii au aparut numeroase tehnologii corective (Low-E, nuantare dinamica, sticla fotovoltaica etc.). Calcule simple arata ca o cantitate de energie cuprinsa intre 10.000 si 40.000 GJ poate fi economisita anual de o singura cladire tipica de birouri, prin utilizarea ferestrelor fotovoltaice (PV) si prin modificari geometrice simple. Prin adaptarea tehnologiilor potrivite, inclusiv aceasta categorie de imobile poate ajunge la un consum net de energie nul. 

 

Realitatea moderna arata ca pe masura ce centrele urbane se modernizeaza prin construirea de cladiri noi, in vederea adaptarii la o cerere in crestere, tot mai importanta devine proiectarea si implementarea corecta a unor masuri stricte pentru combaterea schimbarilor climatice de natura antropogena. Timp de mai bine de un secol, designul cladirilor urbane a evoluat pe baza confluentei mai multor factori, inclusiv economici, care tin de schimbari de reglementare, de dezvoltarea tehnologiei si modificari ale paradigmei arhitecturale. Cinci generatii cronologice, definite de evenimente semnificative si progrese tehnologice, au fost identificate de specialisti in ceea ce priveste performanta energetica a cladirilor. Primele doua sunt caracterizate de constructii cu masa termica ridicata, compuse din beton si echipate cu ferestre incluzand o singura foaie de sticla, la care raportul fereastra-perete (WWR) este cuprins intre 20% si 40%. Inovatia de dupa cel de-al Doilea Razboi Mondial a condus la adoptarea peretelui cortina din sticla in a treia generatie de cladiri, iar WWR a crescut semnificativ la peste 50%. La momentul respectiv, fatadele cortina erau un simbol al redresarii si al bunastarii economice. Tranzitia catre peretii cortina din anii 1960 a dublat insa cerintele de energie primara fata de deceniul precedent. Crizele energetice din 1973 si 1979 au dat nastere celei de-a patra generatii de cladiri, cu o performanta energetica mai ridicata, insa proiectantii au ramas fideli folosirii intensive a materialului transparent, conditii in care WWR s-a mentinut la o valoare de peste 50%. In schimb, a existat o adoptare pe scara larga a unitatilor de geam termoizolant cu geam dublu, pentru a imbunatati caracteristicile de termoizolare si a reduce consumul. Cresterea constiintei ecologice a dus la noi dezvoltari, aparand tehnologia de acoperire cu emisivitate scazuta (Low-E) ce a revolutionat eficienta energetica a ferestrelor in anii 1980, prin absorbtia selectiva si reemiterea sau reflectarea lungimii de unda in infrarosu, mentinand in acelasi timp o transmisivitate ridicata la lumina vizibila. Industria a continuat sa evolueze in perioada urmatoare, iar tehnologia devenit omniprezenta in lumea moderna. Actualmente, vitrajele arhitecturale se afla la o rascruce: cererea pentru fatade cortina inca nu a scazut, chiar daca schimbarile climatice sunt tot mai puternic constientizate de beneficiari. 

 

Solutiile tehnice adoptate in trecut, care au demonstrat un impact major, au in continuare capacitatea de a imbunatati proprietatile termice ale structurilor, dar nu suficient. Specialistii au propus diverse metode printre care geamul triplu sau sticla vidata, dar pana in prezent a existat o adoptare limitata pe piata a acestora. Alte tendinte curente in materie de inovatie sunt cele legate de adaptarea dinamica a proprietatile materialelor la conditiile climatice sau la sarcina energetica, precum si cele referitoare la sistemele PV care convertesc lumina solara incidenta in electricitate. Au fost realizate numeroase studii independente privind aplicatiile specifice ale celor doua tehnologii mentionate anterior, insa succesul lor intr-un numar nu este inca suficient de clar. Pana in prezent, nu a fost propus un studiu cuprinzator care sa tina cont de zonele climatice din toate orasele mari ale lumii sau care sa asigure o comparatie corecta a majoritatii tehnologiilor de ultima generatie si a geometriei variabile ale cladirii (WWR, forma amprentei la sol etc.). Eforturi se fac insa, existand deja un grup de cercetatori care dezvolta un model energetic ce conecteaza scale de lungime de la nanometri la metri si scale de timp de la minute la ani. Modelul multi-fizic mezoscopic (cuprinsa intre microscopic si macroscopic) este folosit ca o platforma pentru compararea cuprinzatoare a multor tehnologii diferite de geamuri de ultima generatie. Desi sistemele axate pe performanta termica demonstreaza beneficii clare de economisire a energiei si reducere a amprentei de carbon, se pare ca geamurile PV au capacitatea de a cupla in mod unic performanta termica cu generarea de energie in-situ. Economiile de energie primara si emisiile de carbon pot fi de pana la 40% fata de ferestrele uzuale, ceea ce inseamna reduceri ale consumului de pana la 37.000 GJ pe an pentru o cladire de birouri tipica, avand un raport vitrat nefavorabil din punct de vedere energetic. Emisiile corespunzatoare de dioxid de carbon pot fi diminuate, practic, cu mai mult de doua milioane kg pe an. Desi rezultatele cantitative sunt diferite in functie de zona climatica, performanta energetica a cladirilor din toate amplasamentele analizate ar putea beneficia de tehnologiile de ferestre de ultima generatie. Ansamblurile PV, in mod neintuitiv, asigura in zone cu o clima temperata, cum ar fi, de exemplu, New York City, mai multe economii de energie/CO2 decat in orasele mai insorite, ca San Diego. Este clar faptul ca aceasta solutie constructiva constituie o modalitate promitatoare de a reconcilia povestea de dragoste a umanitatii cu cladirile foarte vitrate si de a stabili regulile generale de proiectare pentru obtinerea unor proiecte cu invelis PV avand un consum net-zero sau chiar capabile sa produca mai multa energie decat consuma. 

 

Ferestrele fotovoltaice sunt caracterizate, in ceea ce priveste eficienta de conversie a puterii (PCE) - reprezentand fractiunea de energie solara incidenta pe fereastra care este convertita in energie electrica - prin avantaje nete in raport cu modelele clasice. Eficienta cuantica externa (EQE), care masoara fractia de fotoni la fiecare lungime de unda, este convertita in energie electrica. Pentru produsele laminatele fotovoltaice, puterea receptata in stratul absorbant fotovoltaic este utilizata pentru a calcula puterea generata de fereastra fotovoltaica, utilizand o analiza detaliata a echilibrului si presupunand pierderi adecvate in sistem. In prezent, se au in vedere trei tehnologii distincte de geam PV. Este vorba despre sistemul non-selectiv pe lungimea de unda, ce foloseste siliciu conventional monocristalin, prin segmentarea celulelor intr-un model de raspandire ce permite luminii sa treaca printre celule. Categoria respectiva include si tehnologia de ultima generatie de tip thin-film, suficient de subtire pentru a permite luminii traverseze materialul (numita si semitransparenta). Aceasta din urma se bazeaza pe absorbanti precum siliciu amorf, seleniura de cupru indiu galiu (CIGS), telurura de cadmiu (CdTe) si perovskita (oxid mineral de calciu si titan) cu halogenuri metalice. Fiecare material absorbant are proprietati optice similare cu absorbtie in infrarosu care se extinde prin spectrul vizibil. Geamurile fotovoltaice fara lungime de unda selectiva trebuie sa aiba un EQE mai mic de 1, pentru a transmite lumina vizibila, cu exceptia cazului in care banda interzisa a materialului absorbant are un inceput de absorbtie la energii mai mari decat spectrul vizibil, ceea ce limiteaza semnificativ PCE. Tehnologia PV transparenta se bazeaza pe absorbtia materialelor organice sub forma de pelicule subtiri compacte sau solutii de coloranti, pentru a recolta selectiv lumina UV si IR. Alternativa PV dinamica, numita si comutabila sau cromica, este o noua paradigma de ferestre PV care a aparut in ultimii ani si combina tehnologia vitrajului dinamic cu conversia PV. Geamul transforma reversibil lumina solara vizibila in energie electrica, prin tranzitia intre o stare alba si una colorata, activa din punct de vedere fotovoltaic. Exista in prezent numeroase mecanisme de comutare a starii, inclusiv fotocromie prin colorantii organici, reactia redox a hidrogenului in straturile non-PV (gazocromie) si transformarile de faza prin temperatura (termocromie). In fine, tehnologia PV pe baza de halogenuri metalice evita compromisul dintre transmitanta vizibila (VT) si PCE in ferestrele fotovoltaice. Trebuie mentionat faptul ca aceste produse trebuie sa corespunda standardelor estetice, pe langa considerentele energetice. De aceea, nuantele nedorite sau neplacute pot fi neutralizate sau transformate prin solutii chimie alternative, prin reglarea grosimilor straturilor sau adaugarea de pelicule. 

 

Multa vreme, geamurile PV au fost ignorate, fiind considerate mai putin practice intrucat nu genereaza atata energie electrica precum tehnologia PV conventionala instalata pe acoperisurile cladirilor. Cu toate acestea, atunci cand generarea de energie PV este considerata o componenta a performantei geamului, beneficiile acestor sisteme devin mult mai clare. In prezent, pot fi identificate o serie de provocari in ceea ce priveste implementarea pe scara larga, legate de integrare (piata actuala a constructiilor nu este pregatita pe scara larga pentru o astfel de alternativa tehnologica), durabilitate (perioada de exploatare are un rol important in calcului de rentabilitate a investitiei, deoarece inlocuirea geamurilor este destul de costisitoare), umbrire (cladirile urbane au rareori expunere neintrerupta la lumina soarelui) si cost (pretul maxim a fost recent estimat pentru diverse locatii geografice in functie de eficienta si durata de viata a modulului si a aratat ca tehnologia existenta este in continuare mai ieftina). In pofida tuturor barierelor insa avantajul dat de reducerea amprentei de carbon pana la anulare cantareste destul de mult in favoarea alegerii optiunii sticlei PV intr-un orizont temporal previzibil.