Los materiales de construcción desempeñan un papel crucial en el comportamiento térmico del espacio urbano, así como en el consumo de energía de los edificios y el confort interior. En este sentido, los edificios son altamente responsables del cambio climático y, en particular, del desarrollo del fenómeno de la isla de calor asociado al sobrecalentamiento urbano. Este fenómeno, que suele manifestarse en ciudades con alta densidad de población y una edificación masiva, consiste en una anomalía térmica positiva en las zonas centrales de las ciudades en contraste con la periferia. Así, por ejemplo, el área metropolitana exhibe temperaturas promedio superiores a las de las zonas rurales circundantes como consecuencia de los materiales de construcción empleados, tales como asfalto, cemento u hormigón, capaces de absorber la radiación solar, acumulando calor durante el día y liberándolo al entorno durante la noche. Otros factores que también favorecen la formación de islas de calor urbanas son la actividad industrial, el transporte y la ausencia de zonas verdes capaces de reducir las temperaturas por evapotranspiración.
Este aumento de las temperaturas ambientales repercute gravemente en el consumo de energía para la refrigeración, al tiempo que incrementan la concentración de contaminantes atmosféricos, como ocurre con las emisiones de gases de efecto invernadero y otros gases que degradan la calidad del aire. Además, el efecto isla de calor también tiene un importante impacto negativo en el confort térmico y en la salud, al producir más enfermedades y mortalidad asociadas al calor, y al mismo tiempo, afectar adversamente a la calidad del agua.
Una estrategia de mitigación del sobrecalentamiento urbano consiste en reemplazar los materiales convencionales, que absorben la radiación solar, por otros capaces de reflejarla. Concretamente, los materiales termocrómicos, capaces de modificar sus propiedades ópticas en función de la temperatura ambiente, exhiben una temperatura superficial más baja/alta que los materiales convencionales durante los periodos de calor/frío. Este tipo de materiales constituyen una solución auto-reguladora de la absorción de radiación solar que únicamente depende de la temperatura del entorno. En efecto, el efecto termocrómico se define como la capacidad de un material de modificar sus propiedades de reflexión, en alguna región del espectro electromagnético, debido a variaciones de temperatura.
Este cambio en las propiedades ópticas suele estar ligado a un cambio de fase cristalina, que tiene lugar al alcanzar una determinada temperatura denominada temperatura de transición. La aplicación de estos materiales en edificios permite la reflexión selectiva de la luz solar, reduciendo la demanda de refrigeración en verano y permitiendo la calefacción pasiva durante el invierno.
El dióxido de vanadio (VO2), es un material termocrómico con una temperatura de transición característica de 68 °C, que exhibe dos comportamientos distintos. Para temperaturas inferiores a este valor, el material es mayoritariamente transparente a la radiación infrarroja, mientras que, para temperaturas superiores a 68 °C, refleja gran parte de la radiación del infrarrojo cercano (NIR). Esto se debe a una transición de fase cristalina desde una fase monoclínica hasta el rutilo tetragonal, que va acompañada de un cambio en las propiedades eléctricas, desde semiconductor a conductor. Además, esta temperatura de transición puede rebajarse mediante dopado del VO2 con otros elementos como el wolframio (W), logrando una disminución de 20 ºC con respecto al VO2 puro.
De esta forma, el VO2 resulta especialmente atractivo en cuestiones de eficiencia energética, al ser capaz de filtrar la radiación infrarroja, principal fuente de calor en la radiación solar. Con esto, un recubrimiento de la cubierta y fachada del edificio basado en este tipo de material inteligente, capaz de controlar la radiación absorbida en función de la temperatura y las condiciones climáticas, permitiría aumentar la reflectividad de la superficie en los días cálidos, reduciendo así el sobrecalentamiento en el interior de las habitaciones. Por otro lado, se mantendría o incluso se aumentaría la absorbancia en los días fríos, logrando un sistema de calefacción natural durante el invierno.
