Modelamiento y control de una ventana de material cromogénico

Modeling and control of chromogenic window

Los materiales cromogénicos permiten ser alterados en sus propiedades ópticas y térmicas a través de una acción eléctrica, su aplicación en sistemas de control de luz día en construcciones de edificios y viviendas puede generar un aprovechamiento de las condiciones ambientales naturales y por tanto de la energía eléctrica empleada en iluminación artificial y en sistemas HVAC. Se diseñó y construyó una ventana prototipo de pruebas para la realización del sistema de control realimentado. Se realizó un driver electrónico, actuador de la planta construida para regular la transmitancia del vidrio y un sensor de par emisor-receptor de luz visible, basado en diodo led de luz blanca y fotorreceptor de luz ambiente con filtro IR para medir la transmitancia del vidrio e informar a un controlador basado en PC, quien define las señales de entrada para la ventana cromogénica.

I. Introducción

Este trabajo apunta hacia los sistemas de control de luz día como un mecanismo de aprovechamiento de energía natural, que con una óptima integración tecnológica con los sistemas HVAC (“Heating, Ventilation and Air Conditioning”) y sistemas de iluminación eléctrica, son un recurso potencial de ahorro energético en las construcciones modernas. El punto a tratar son las ventanas; ellas son un elemento fundamental de las fachadas y, a su vez, definen una gran parte de la carga térmica y lumínica del edificio y, por tanto, de su demanda eléctrica [1]. Si las ventanas u otros dispositivos de sombra dejan de ser elementos pasivos y se convierten en elementos activos, de tal manera que se adapten a las condiciones ambientales térmicas y de intensidad lumínica externas, terminarán ofreciendo un control dinámico y adaptivo de las propiedades térmicas y ópticas de la fachada. “Esta funcionalidad puede emplearse para maximizar el confort y desempeño de los ocupantes mientras minimiza el uso de energía anual y la demanda en el pico eléctrico” [2].

Varios estudios han mostrado la potencialidad del ahorro energético con el uso de materiales cromogénicos dentro de la composición de fachadas, tales como [2]-[7] allí se mencionan, ahorros en el consumo anual de electricidad total entre el 27-55% con un diseño eficiente. Sin embargo, los trabajos encontrados no atestiguan un suficiente enfoque hacia el modelamiento y control automático de este tipo de dispositivos y, además, existen pocos trabajos con pruebas reales y estudios de campo [8]; esto debido en gran parte a que, por el momento, son tecnologías comercialmente emergentes. Los controladores automáticos para este tipo de tecnología son escasos, difícilmente comerciales, costosos y poco flexibles para ser integrados dentro de un sistema más general. Por tal razón, este estudio contribuye a conocer el problema de una ventana de tecnología SPD (Suspended Particle Devices) desde el punto de vista de control y, de ésta manera, preparar las condiciones para incluir ventanas cromogénicas dentro de sistemas de optimización energética en edificios. El prototipo construido será empleado en futuras pruebas que incluyan los estudios de impacto térmico que estos dispositivos pueden llegar a generar; por el momento, se trató el problema de luz visible.

II. Materiales y métodos

A. Materiales cromogénicos

Los materiales cromogénicos son materiales compuestos desarrollados por el hombre (algunos usan propiedades naturales), cuya “propiedad básica consiste en lograr un considerable cambio en sus propiedades ópticas y a su vez en la intensidad y/o composición espectral de la luz que cruza a través de él” [9]; de esta manera, también reduce las ganancias de calor solar que atraviesan a través del material cuando es aplicada una determinada señal de excitación.