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“La tecnología CSIC de ventanas inteligentes no tiene precedentes”

Entrevista con David Levy, investigador de CSIC

José Luis París10/02/2016
Desde hace ya tiempo, venimos oyendo hablar de diferentes iniciativas tecnológicas para crear ventanas inteligentes que reaccionen de manera instintiva a las condiciones ambientales para crear unas condiciones confortables en el interior de las estancias. De esta manera, aparte de la comodidad del usuario, también se contribuye a una mayor eficiencia energética del edificio, con el consecuente ahorro en gasto energético y monetario que ello implica.

La aplicación generalizada de estas tecnologías es, sin embargo, muy difícil debido sobre todo a su alto coste y sólo ha sido posible su instalación en situaciones muy concretas y selectivas. Sin embargo, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado una solución fundamentada en materiales no basados en cristal líquido (LC), que podría tener una amplia implantación en todo tipo de ventana y fachada a un coste muy económico.

Vítrea ha mantenido una entrevista con el Profesor David Levy, del Departamento de Materiales Fotónicos del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), del CSIC, quien ha contado con la colaboración del Dr. Marcos Zayat, también del ICMM, en el desarrollo de esta innovadora y accesible tecnología.

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La ventana inteligente desarrollada por el CSIC se fundamenta en técnicas de oscurecimiento del vidrio que no supondrían un gran desembolso económico para el usuario.
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CSIC ha desarrollado una tecnología de ventana inteligente EMD, Externally Modulated Displays.

¿Qué es una ventana inteligente y por qué no es todavía corriente su uso en la construcción actual?

En los últimos años se han intentado desarrollar sin éxito tecnologías válidas para aplicación en ventanas inteligentes, o “smart windows”, basadas en diferentes principios para obtener una ventana de transmisión de luz variable. Estos sistemas utilizan técnicas muy complicadas y con costes de fabricación enormes, sobre todo cuando se trata de dimensiones grandes para uso por ejemplo en fachadas, por lo cual no se fabrican industrialmente, excepto por encargos especiales. Este es el principal motivo por el cual no tenemos ventanas inteligentes en nuestras propias casas.

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El principio de funcionamiento de esta tecnología se basa en la activación controlada de una combinación de reacciones químicas y físicas que producen la conmutación opaco-transparente en el vidrio-ventana.

¿Qué solución han desarrollado en el CSIC y cómo resuelve estos problemas?

Nuestra contribución en este campo es pionera y muy importante. Esta tecnología CSIC de Ventanas Inteligentes EMDs (Externally Modulated Displays) no tiene precedentes ya que la innovación que representa radica en la posibilidad de fabricar ventanas inteligentes que no requieren para su fabricación componentes muy caros, como los vidrios conductores (ITO) o compuestos de LC, para su funcionamiento. Estos dos elementos son los que encarecen de manera muy marcada la fabricación de las ventanas inteligentes convencionales (electrocrómicas, LCD, PDLC/GDLC, SPD, etc.) y, por consiguiente, son una gran limitación para su inserción en el mercado.

Los EMDs no sólo representan una alternativa muy atractiva a las tecnologías existentes, sino que también son una alternativa más “accesible” en términos económicos, ya que permitirá la fabricación a un precio razonable facilitando la introducción a gran escala de la tecnología de ventanas inteligentes en el mercado y ampliando el abanico del sector a posibles nuevos usuarios.

¿En qué consiste esta nueva técnica para conseguir “ventanas inteligentes”?

El principio de funcionamiento de esta tecnología se basa en la activación controlada de una combinación de reacciones químicas y físicas que producen la conmutación opaco-transparente en el vidrio ventana. Estos recubrimientos EMDs consisten en películas delgadas de material altamente poroso que mediante su exposición a aire húmedo o seco, cambian radicalmente su transmisión óptica en el rango visible e infrarrojo, consiguiendo una conmutación entre un estado transparente y uno opaco (Figura). Como resultado, el dispositivo regula la cantidad de luz visible o infrarroja solar y reduce la visibilidad a través del cristal. Ninguno de los sistemas actuales trabaja, o su principio de funcionamiento está basado, en función de una corriente de aire con humedad controlada como elemento que origina el cambio en la transmitancia del nuevo dispositivo (conmutación ON-OFF). El dispositivo que se ve en la figura es una ventana de 15x15 cm en la que hay dos vidrios recubiertos con el recubrimiento EMD orientados hacia una cavidad interior por donde se hace pasar el aire con humedad controlada para su activación. El sistema se complementa con una caja de activación autónoma, que alberga un sistema para humedecer o secar el aire que circula dentro de la ventana.

La aplicación de este recubrimiento de menos de un micrómetro de espesor cumple las funciones de una barrera capaz de poder controlar la cantidad de luz que pasa a través de un cristal y reducir así la visibilidad o proporcionarnos privacidad de manera instantánea, regular la luz en lugares donde sea necesario o actuar como protector frente a radiación solar. Su funcionamiento se puede activar con un controlador a distancia y los tiempos de respuesta son unos pocos segundos.

¿Cuáles son sus principales ventajas?

La simple y fácil preparación del dispositivo y el hecho de que use materiales más baratos que los convencionalmente utilizados en otras ventanas inteligentes y compatibles con el medio ambiente, hace que los costes de fabricación sean extremadamente bajos, permitiendo la producción masiva de estructuras inteligentes de gran superficie (metros cuadrados). A modo de ejemplo, un metro cuadrado de una ventana clásica que sea capaz de realizar estas funciones puede llegar a costar miles de euros, sin embargo con nuestra tecnología ¡tan solo unos pocos céntimos de euro!

¿Qué aplicaciones puede tener esta nueva tecnología?

La tecnología puede ser aplicada en diferentes elementos de un edificio: ventanas o puertas, paneles divisores en oficinas, puertas correderas, elementos de regulación o protección contra la luz, pantallas de visualización de información, paneles de techo, lucernarios, espejos para aplicaciones en arquitectura, decoración en interior o exteriores de edificios, o elementos de regulación o protección contra la luz, entre otros. Su funcionamiento se puede controlar con un controlador a distancia y puede ser aplicado en edificios inteligentes como ventanas y puertas y paneles divisores de oficina, en puertas correderas, escaparates, restaurantes, comercios, hoteles, baños, hospitales y grandes superficies, generando la “privacidad” deseada de manera eficiente y dinámica (reversible).

¿Se han hecho ya ensayos de aplicación en obra? ¿Cuál ha sido el comportamiento?

No se han hecho ensayos en obra. Los EMDs han despertado un gran interés del sector industrial afín a este campo, y tenemos buenas expectativas de aplicación en este sector. La transferencia de esta tecnología de nuevas ventanas EMD está muy avanzada, pues ya existe un demostrador o prototipo preliminar de tamaño de laboratorio que se muestra en la fotografía. Ahora estamos pensando pasar a la fase de scaling-up para desarrollar un dispositivo de mayor tamaño que se pueda exponer en alguna feria del sector.

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Demostrador EMD en estados opaco, medio y transparente.

¿Se han tenido en cuenta las normativas vigentes en la actualidad en el sector de la edificación?

No ha sido necesario porque se trata de una simple modificación del vidrio actualmente utilizado, por lo tanto se adapta a estas normativas.

¿Es compatible esta tecnología con su aplicación en cualquier tipo de vidrio o superficie o, por el contrario, es preciso algún requisito especial?

Sí, es compatible. Esta es una premisa que nos planteamos en los primeros pasos de esta invención. Esta tecnología nace para salvar el déficit de las ventanas actuales que existen en el mercado. No sólo se trata de un factor económico. A la hora de fabricar una ventana inteligente y pretender incorporarla en las líneas de producción del sector industrial especializado, los procesos de fabricación deben de ser también “sencillos”. Los fabricantes también buscan la rentabilidad en sus líneas de fabricación que a la vez que ahorran tiempo disminuyen también sus costes. Estamos hablando de rentabilidad de los procesos industriales. Los EMDs cumplen con este requisito, ya que se trata de un producto que a la vez que es complejo y novedoso es sencillo de fabricar. Otra ventaja adicional no menos importante es su alta foto-estabilidad (no se degradan con la luz) cuando se expone a la luz del sol, lo que los hace válidos para uso en el exterior. Asimismo hemos logrado adaptar la tecnología para que pueda utilizarse en superficies que sean flexibles, planas, curvas, ya sean de cristal o poliméricas.

En términos de eficiencia energética, ¿qué ventajas ofrece este nuevo desarrollo?

Estas ventanas pueden ser utilizadas en una amplia variedad de aplicaciones en las que se requiera un control de la luz que pasa a través de la ventana o una privacidad dinámica o controlada. Estas ventanas podrán ser asimismo adecuadas para reducir la carga de aire acondicionado de un edificio en verano y la de calefacción en invierno, ofreciendo por tanto una optimización de los recursos energéticos en los edificios, pero quizás lo más destacable en términos de ahorro energético es que el principal consumo que necesita para su activación es el “agua” y solo en pequeñísimas cantidades.

¿Durante los momentos de opacidad de la ventana se permite la visión externa desde el interior de la estancia?

No. La privacidad es un objetivo y por lo tanto una de las características del invento. Por otra parte, sí permite pasar la luz, por lo tanto no necesitaríamos encender una luz para iluminar la habitación, sino que aprovecharíamos la luz ambiental.

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Esta tecnología es compatible con cualquier tipo de vidrio.

¿Ha habido interés ya por parte de la industria en esta innovación? ¿A dónde deben dirigirse las empresas interesadas en la adopción de esta tecnología?

Esta investigación está orientada tanto al sector de arquitectura y decoración como para ventanas, tabiques (interior/exterior) y privacidad en edificios, cumpliendo con las demandas de sostenibilidad actuales de aplicación en los sectores la construcción y las energías e incluso al sector del automóvil. Cualquier interés por el sector industrial en esta tecnología que pretendemos transferir de nuestro laboratorio a la industria es bienvenida, pues nos encontramos en un estado muy avanzado y dispuestos a realizar la transferencia. Pueden dirigirse al CSIC o a la Oficina de Transferencia del Conocimiento del CSIC.

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