SISTEMAS HÍBRIDOS: PCM Y AISLAMIENTO TRANSPARENTE

(Manz H. 1997) han concluido con sus experimentos realizados con un sistema de muro externo compuesto por un material aislante transparente (TIM, Transparent Insulation Material) y un PCM translúcido. El sistema pasivo propuesto de doble hoja es una combinación híbrida de PCM y TIM a modo de panal. El PCM rellena el contenedor de vidrio, disponible comercialmente, y supone un dispositivo de almacenamiento térmico con una elevada densidad de energía. Parte de la radiación solar incidente se transmite inmediatamente al interior de la habitación para iluminarla. Cuando el material de almacenamiento está a baja temperatura, el PCM está en estado sólido cristalino, por lo que la luz que se transmite al interior de la habitación es difusa debida al proceso de difracción, lo que genera una iluminación muy agradable. El proceso de fusión se produce por la absorción de parte de la radiación incidente por el propio material de almacenamiento. Esta energía solar almacenada puede utilizarse para calentar los espacios adyacentes con cierto retardo. Los mecanismos de transporte de calor desde la superficie interna del dispositivo de almacenamiento hacia la habitación contigua son la convección y la radiación infrarroja. El aislamiento transparente

reduce las pérdidas desde el dispositivo de almacenamiento hacia el exterior. Para evitar el sobrecalentamiento en verano, se utilizó una persiana enrollable exterior con un elevado índice de reflexión. Durante el periodo nocturno la persiana puede cerrarse para evitar pérdidas.

Se utilizó clorhidro de calcio hexahidratado, disponible comercialmente con aditivos, como PCM en un 5% en peso. Los autores de este proyecto creen que se obtiene un efecto positivo en almacenamiento de energía térmica. El problema es la reflexión de la radiación solar durante el estado sólido, que reducen las ganancias térmicas y la iluminación.

Figura 4-27 Prototipo de sistema de muro externo TIM- PCM para almacenamiento de energía solar. (Manz H. 1997)

Otra aplicación de “muro solar” fue desarrollada por (Stritih 2003). Éste contenía parafina negra como material almacenador. El calor almacenado se utilizó para calentar y ventilar una vivienda. Los resultados de esta Tesis, serían muy prometedores.

El muro consistía en seis elementos principales, que se muestran en la siguiente figura. La onda corta pasa a través del vidrio con material aislante transparente (TIM) (1,2) que evita la transmisión de calor por convección y radiación térmica. El PCM (3) encapsulado en policarbonato, absorbe y almacena energía en forma de calor latente. El aire de ventilación de la casa se calienta en el conductor de aire (4) y se conduce a la habitación. Aislamiento (5) y enlucido (6) son materiales convencionales.

El muro solar tiene muchas ventajas sobre otros sistemas:

 La elevada eficiencia en la conversión de la energía solar en forma de calor latente, debido a la absorción de la radicación solar directamente en la parafina a través del vidrio transparente a la vez de que el aislamiento evita las pérdidas por convección y radiación.

 Las pérdidas por conducción de la habitación en la pared solar disminuyen.

(Onishi, Soeda et al. 2003). Investigaron numéricamente los efectos de PCM como almacenamiento térmico en el comportamiento de un sistema híbrido de calefacción con un código CFD. Los resultados simulados indicaron de la efectividad de los PCM y sugirieron la posibilidad de desarrollar casas de baja energía con el sistema híbrido introducido en este estudio. El sistema de muros con TIM-PCM también demostró una eficiencia superior de utilización de radiación solar y disminución de pérdidas energéticas utilizando los correspondientes PCM.

En las últimas investigaciones se ha estudiado la incorporación de los PCM en diversos elementos constructivos como la propuesta por (Zhang, Medina et al. 2005) para la mejora del comportamiento térmico de de un muro estructural –frame wall-, en la que observaron que se podía reducir los flujos de demanda pico hasta en un 38%.

(Koschenz and Lehmann 2004) desarrollaron un panel de techo térmicamente activado con PCM (parafina) para su aplicación en edificios ligeros y reformas. Su simulación y resultados de ensayo demostraron que 5 cm de capa de PCM microencapsulado (25% en peso) y yeso, son suficientes para mantener la temperatura de la habitación en nivel confortable en los edificios de oficinas convencionales. Las propiedades térmicas necesarias de las placas de techo se determinaron por simulación numérica.

(Weinläder, Beck et al. 2005) Investigaron las propiedades del doble acristalamiento combinado con PCM. La transmitancia de la luz en el rango de 0,4 puede alcanzarse con esos paneles de fachada. Comparando con un doble acristalamiento convencional, las pérdidas energéticas en la fachada sur eran del 30%. Las ganancias solares se redujeron en un 50%:

(Ismail and Henríquez 2001) propusieron un concepto diferente de ventana térmicamente eficiente utilizando una cortina móvil con PCM.

La cortina tiene doble hoja con una cámara interior y un ventilador en la esquina superior. Los laterales y la parte inferior están sellados salvo dos perforaciones en la parte inferior,

conectadas por un tubo de plástico a una bomba y a un depósito de PCM. La bomba devuelve al contenedlo el PCM líquido. Ésta se controla mediante un sensor de temperatura. Cuando la diferencia de temperaturas alcanza un valor preestablecido la bomba comienza a funcionar y el PCM líquido es bombeado para rellenar la cámara entre las des láminas de vidrios. El PCM comienza a congelarse debido a que la temperatura exterior es más baja, formando una capa sólida que aumenta en espesor con el tiempo previniendo el descenso de la temperatura ambiental interna. Un buen diseño del sistema asegura que la temperatura exterior comenzará a elevarse antes de que cristalice por completo el PCM.

Figura 4-29 Concepto de ventana con cortina móvil (Ismail and Henríquez 2001)

Los autores confirman que este sistema además ayuda a filtrar la radiación térmica y reducir las ganancias o pérdidas puesto que la mayoría de energía transferida se absorbe durante el cambio de fase del PCM.