En el sector de la construcción, que representa aproximadamente el 40% del consumo energético mundial, la penetración de calor a través de las ventanas se ha identificado como una de las principales causas del desperdicio de energía para calefacción y refrigeración. Nuestro equipo de investigación ha desarrollado con éxito una tecnología de ventanas inteligentes adaptada a los peatones, capaz no solo de reducir el consumo de calefacción y refrigeración en edificios urbanos, sino también de resolver el persistente problema de la contaminación lumínica en la vida urbana.
• El profesor Hong Chul Moon, del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, desarrolla RECM, una tecnología de ventanas inteligentes de próxima generación, que espera generar ahorros de energía de refrigeración y una gestión térmica interior eficaz.
• Al utilizar el RECM desarrollado, se observa un efecto de reducción de temperatura significativamente superior en comparación con las ventanas convencionales.
• Con un diseño de «ventana inteligente amigable para peatones» que elimina el resplandor al suprimir los reflejos externos, se espera que se adapte en estructuras arquitectónicas, transporte y más.
El 17 de junio, el equipo de investigación del profesor Hong Chul Moon en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de KAIST anunció el desarrollo de una «tecnología de ventanas inteligentes» que permite a los usuarios controlar la luz y el calor que ingresan a través de las ventanas según su intención y neutralizar eficazmente el resplandor de fuentes externas.
Recientemente, la tecnología de «ventanas inteligentes activas», que permite ajustar libremente la luz y la calefacción según la operación del usuario, ha cobrado gran importancia. A diferencia de las ventanas convencionales, que reaccionan pasivamente a los cambios de temperatura o luz, este es un sistema de ventanas de nueva generación que se puede controlar en tiempo real mediante señales eléctricas.
La tecnología de ventanas inteligentes de próxima generación desarrollada por el equipo de investigación, RECM (electrodeposición reversible y espejo electrocrómico), es un sistema de ventanas inteligentes basado en un dispositivo electrocrómico de estructura única que puede controlar activamente la transmitancia de la luz visible y el infrarrojo cercano (calor).
*Dispositivo electrocrómico: Dispositivo cuyas propiedades ópticas cambian en respuesta a una señal eléctrica.
En particular, al suprimir eficazmente el fenómeno del deslumbramiento causado por la luz reflejada externa (un problema previamente identificado en las ventanas inteligentes tradicionales con deposición de metal), mediante la aplicación combinada de materiales electrocrómicos, se ha logrado una «ventana inteligente amigable para peatones» adecuada para fachadas de edificios.
*Deposición: Proceso que implica la reacción electroquímica para recubrir iones metálicos, como Ag+, sobre la superficie de un electrodo en forma sólida.
El sistema RECM desarrollado en este estudio opera en tres modos dependiendo del control de voltaje.
El modo I (modo transparente) es ventajoso para permitir que la luz solar ingrese al espacio interior durante el invierno, ya que transmite tanto luz como calor como el vidrio común.
En el Modo II (Modo Coloreado), las especies químicas *Azul de Prusia (PB) y **DHV+• se forman mediante una reacción redox (oxidación-reducción), lo que provoca que la ventana adquiera un color azul intenso. En este estado, la luz se absorbe y solo se transmite una parte del calor, lo que permite la privacidad y un control adecuado de la temperatura interior.
*Azul de Prusia: Un material electrocrómico que pasa de incoloro a azul tras la estimulación eléctrica.
**DHV+•: Una molécula coloreada en estado radical generada por estimulación eléctrica.
El Modo III (Modo Coloreado y Deposición) implica la reducción y deposición de iones de plata (Ag+) en la superficie del electrodo, reflejando tanto la luz como el calor. Simultáneamente, el material coloreado absorbe la luz reflejada, bloqueando eficazmente el deslumbramiento de los peatones externos.
El equipo de investigación validó el efecto práctico de reducción de la temperatura interior de la tecnología RECM mediante experimentos con una casa en miniatura. Al instalar una ventana de vidrio convencional, la temperatura interior aumentó a 58,7 °C en 45 minutos. Por el contrario, al operar RECM en Modo III, la temperatura alcanzó los 31,5 °C, lo que demuestra un efecto de reducción de aproximadamente 27,2 °C.
Además, dado que cada transición de estado se puede lograr únicamente mediante señales eléctricas, se considera una tecnología inteligente activa capaz de responder instantáneamente según la estación, la hora y el uso previsto.
Figura 1. Mecanismo de funcionamiento de la ventana inteligente RECM. El sistema RECM puede alternar entre tres estados: transparente, coloreado y coloreado y deposición, mediante estimulación eléctrica. A -1,6 V, se forman DHV•+ y Azul de Prusia (PB), que bloquean la luz visible para brindar protección de la privacidad y bloquear el calor. A -2,0 V, se deposita plata (Ag) sobre la superficie del electrodo, reflejando la luz y el calor, mientras que el DHV•+ y el Azul de Prusia absorben la luz reflejada, suprimiendo eficazmente el deslumbramiento externo. Gracias a este mecanismo, funciona como una ventana inteligente activa que controla simultáneamente la luz, el calor y el deslumbramiento.
El profesor Hong Chul Moon de KAIST, autor correspondiente de este estudio, afirmó: «Esta investigación trasciende las tecnologías de ventanas inteligentes existentes, limitadas al control de la luz visible, y presenta una plataforma de ventanas verdaderamente inteligente que considera integralmente no solo el control térmico activo en interiores, sino también la seguridad visual de los peatones». Añadió: «Se prevén diversas aplicaciones, desde edificios urbanos hasta vehículos y trenes».
Figura 2. Análisis del efecto de supresión del deslumbramiento de las ventanas inteligentes reflectantes convencionales y RECM. Esta figura presenta los resultados comparando el fenómeno de deslumbramiento que se produce durante la deposición de plata (Ag) entre las ventanas inteligentes reflectantes convencionales y RECM Modo III. Los dispositivos reflectantes convencionales generaron una intensa luz reflejada en la superficie del escritorio debido a su alta reflectividad. En cambio, RECM Modo III, donde el material coloreado absorbía la luz reflejada, mostró una reducción del 33 % en la intensidad de la luz reflejada, y no se observó luz reflejada desde el exterior. Esto resalta la singularidad y practicidad del sistema RECM como una ventana inteligente peatonal optimizada para entornos urbanos densos, que va más allá del simple bloqueo del calor.
Los resultados de esta investigación se publicaron el 13 de junio de 2025 en el Volumen 10, Número 6 de « ACS Energy Letters ». Los autores de esta publicación son Hoy Jung Jo, Yeon Jae Jang, Hyeon-Don Kim, Kwang-Seop Kim y Hong Chul Moon.
※ Título del artículo: Ventanas inteligentes energéticamente eficientes y sin deslumbramiento: un sistema amigable para peatones con regulación dinámica de luz y calor.
※ DOI: 10.1021/acsenergylett.5c00637
Figura 3. Verificación del rendimiento de reducción de temperatura en una maqueta de casa. El efecto real de bloqueo térmico se evaluó aplicando dispositivos RECM a una maqueta de edificio. En condiciones idénticas, la temperatura interior con vidrio ordinario ascendió a 58,7 °C, mientras que con RECM en Modo III alcanzó los 31,5 °C, mostrando un efecto máximo de reducción de temperatura de 27,2 °C. La diferencia de temperatura interior también se confirmó visualmente mediante imágenes térmicas, lo que demuestra el potencial para el control de la temperatura interior en edificios urbanos.
Esta investigación fue apoyada por el Programa de Desarrollo de Tecnología Nano y de Materiales a través de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF), financiada por el Ministerio de Ciencia y TIC y el programa de investigación interno del Instituto Coreano de Maquinaria y Materiales . KAIST News. Traducido al español
