Implementación de un modelo de transferencia de calor a través de ventanas con materiales de cambio de fase y evaluación de impacto en el desempeño térmico de la ventana y espacio de oficina

Abstract

El contexto general del problema que se quiere resolver en este trabajo de titulación está basado en la sustentabilidad aplicada en la construcción. El aporte informativo sobre materiales de cambio de fase PCM (Phase Change Materials) aplicados como materiales de construcción es una de las motivaciones de este trabajo, considerando que no existe más información sobre estos materiales aplicados bajo las características particulares de Chile. Es por ello por lo que se analizará la situación actual del país, con el objetivo de introducir al lector al contexto particular del problema que se busca resolver en el presente trabajo, el cual corresponde a la falta de un modelo de transferencia de calor para materiales de cambio de fase incorporados a ventanas. El objetivo principal de este trabajo de titulación es la implementación de un modelo de transferencia de calor para materiales de cambio de fase que están incorporados a ventanas en espacios de oficina, además se compararan resultados para distintos casos de estudio, incorporando al modelo distintos tipos de PCM, distintos climas, distintas épocas del año y distintas orientaciones de la ventana en el espacio de oficina. La metodología aplicada para desarrollar el trabajo de titulación consiste en una etapa de revisión bibliográfica, definición de las variables del modelo, validación del modelo sin PCM por medio de la comparación de temperaturas de la superficie interior de la ventana modelada en EnergyPlus y en Matlab, implementación de modelo en Matlab con la incorporación de materiales de cambio de fase, cálculo de confort térmico por medio del cálculo de índices como el voto estimado medio PMV (Predicted Mean Vote). Los resultados obtenidos de este trabajo muestran que dependiendo de las características del PCM, como la temperatura de activación o el calor latente del material se logra una mayor o menor reducción en los peaks de temperatura de la superficie de la ventana. En el caso de Santiago se obtiene una reducción del promedio de peaks de temperatura superficial de la ventana de 14°C al comparar un modelo con y sin PCM, esta reducción tiene un impacto en el confort térmico obteniendo una reducción del índice PMV de 1.5 a 0.9, lo cual es una mejora considerable al aplicar materiales de cambio de fase. Se generan resultados para distintos casos como se mencionó anteriormente y se obtienen resultados que indican que incorporar PCM al modelo reduce las temperaturas de la superficie de la ventana y en consecuencia genera una mejora en el confort térmico.