Un equipo de investigadores de las universidades de Stuttgart y Friburgo (Alemania) han desarrollado un nuevo sistema de fachada energéticamente autónomo que se adapta de forma pasiva a las condiciones meteorológicas. Se trata de un sistema de protección solar que se abre y se cierra en respuesta a los cambios de humedad y temperatura, sin necesidad de energía operativa ni elementos mecatrónicos.
Con un diseño bioinspirado, materiales naturales y tecnologías de fácil acceso, la fachada ‘Solar Gate’ es un sistema de sombreado adaptable que responde a las condiciones climáticas y funciona sin energía eléctrica.
Materiales de origen biológico e impresión 4D
La celulosa es un material natural, abundante y renovable que se hincha y se encoge con las variaciones de humedad. Esta propiedad, conocida como higromorfismo, se observa con frecuencia en la naturaleza, por ejemplo, en la apertura y el cierre de las escamas de las piñas o en las inflorescencias del cardo plateado. El equipo de investigación aprovechó esta propiedad higromórfica diseñando a medida fibras de celulosa de origen biológico e imprimiéndolas en 4D para formar una estructura de dos capas inspirada en las escamas de las piñas.
Los sistemas de materiales producidos mediante esta técnica de fabricación aditiva llamada impresión 4D pueden cambiar de forma autónoma en respuesta a estímulos externos. En este caso, los investigadores desarrollaron un método de fabricación computacional para controlar la extrusión de materiales celulósicos utilizando una impresora 3D estándar, lo que hace posible aprovechar el comportamiento reversible y de autoconformación del sistema de materiales impresos en 4D.
En condiciones de alta humedad, los materiales celulósicos absorben humedad y se expanden, lo que hace que los elementos impresos se enrosquen y se abran. Por el contrario, en condiciones de baja humedad, los materiales celulósicos liberan humedad y se contraen, lo que hace que los elementos impresos se aplanen y se cierren.
Alternativa energéticamente autónoma y eficiente
El equipo de investigación ha probado durante más de un año la funcionalidad y durabilidad del sistema de sombreado adaptativo bioinspirado en condiciones climáticas reales. Así, la fachada ‘Solar Gate’ se ha instalado en el edificio biomimético liv MatS, un edificio de investigación de la Universidad de Friburgo.
El sistema de sombreado se ha instalado en su claraboya orientada al sur, que ayuda a regular la temperatura interior del edificio. En invierno, los elementos de sombreado impresos en 4D se abren para permitir la entrada de la luz solar y generar una calefacción natural. En verano, se cierran para minimizar la radiación solar. Este proceso adaptativo, que funciona únicamente con los ciclos climáticos diarios y estacionales, funciona sin suministro de energía eléctrica.
El sistema ‘Solar Gate’ representa así una alternativa energéticamente autónoma y eficiente en el uso de los recursos a los sistemas de sombreado convencionales. Dado que los edificios son responsables de una proporción significativa de las emisiones globales de carbono debido al alto consumo de energía que normalmente se necesita para mantener el confort en el interior, es de gran importancia reducir la energía necesaria para calefacción, refrigeración y ventilación.