Diseño de diferentes configuraciones en la morfología estructural para películas poliméricas compuestas depositadas sobre un panel tipo sándwich (vidrio-polímero-vidrio) que permitan controlar la radiación solar afectando el índice de refracción y el coeficiente de transmisión térmica con aplicación en el acondicionamiento climático de edificaciones

Abstract

La presente investigación se instala como un diálogo entre la arquitectura bioclimática y la ingeniería, ciencia y tecnología de los materiales, con el fin de abordar el problema del control pasivo de la radiación solar a través de la envolvente o piel de la edificación. Un aspecto importante en la eficiencia energética de los edificios se asocia con el consumo de energía para su acondicionamiento climático. Según los datos reportados para 2022, este sector consume el 30% del total de la energía de todo el mundo (REN21, 2024). Eso significa que el consumo directo de los edificios representa alrededor de un tercio de la demanda energética mundial. En este contexto, las películas poliméricas en estructuras multicapa (tipo blend) surgen como alternativa tecnológica para controlar de forma pasiva la radiación solar incidente, actuando como filtros selectivos que reducen la ganancia térmica sin comprometer la iluminación natural. En razón a lo anterior, esta investigación ha tenido como objetivo diseñar diferentes configuraciones morfológicas para el empleo de películas poliméricas compuestas en estructuras multicapa depositadas sobre un panel tipo sándwich (vidrio-polímero-vidrio), que permitan controlar la radiación solar afectando el índice de refracción y el coeficiente de transmisión térmica, con aplicación en el acondicionamiento climático de edificaciones. Como resultado se obtiene, por medio de un diseño óptico multicapa, un panel tipo sándwich conformado así: vidrio + película de nanocerámica (NC) + película de PET (FP3) + vidrio, el cual posee una alta reflexión en el rango del NIR (30%) y una transmitancia visible elevada (85% prom). Las propiedades ópticas de los sistemas propuestos se evalúan mediante espectroscopia UV - VIS - NIR y los métodos de Swanepoel (1983) y Bhattacharyya (1993) para determinar el índice de refracción (n) y el coeficiente de extinción (k). Esta investigación aporta en el conocimiento sobre el diseño y la caracterización de sistemas poliméricos multicapa, fortaleciendo así la base científica para el desarrollo de sistemas pasivos de control de radiación solar con materiales locales en el contexto climático colombiano. (Texto tomado de la fuente).

The current research settles a dialogue between bio-climatic architecture and materials engineering, science and technology, with the goal of addressing the problem of passive solar radiation control by the coating or skin of the buildings. This means that an important factor in the energetic efficiency of buildings is associated with the consumption of energy for their proper climate conditioning. According to the data reported for 2022, the construction sector consumes 30% of the world’s total energy (REN21, 2024); this means that the direct energy consumption of buildings represents around a third of the global energy demand. In this context, multi-layered polymer films in structures (blend type) appear as a technological alternative for the passive control of incident solar radiation, acting as selective filters that diminish thermal gain without compromising natural light. In view of the above, this research proposes different designs for morphologic configurations for the use of multi-layered film panels deployed in sandwich-type panels (glass-polymer-glass) that allow for the control of solar radiation affecting the refractive index and the thermal transmission coefficient with applications in thermal conditioning in buildings. As a result, we get, through a multi-layered optic design, a sandwich-type panel composed by glass + Nano-Ceramic layer (NC) + PET film (FP3) + glass, which possesses a high reflection rate in the NIR range (30%) and an elevated visible transmittance (80% avg). Optical properties of the composite systems are reviewed by UV–VIS–NIR spectroscopy and through Swanepoel (1983) and Bhattacharyya (1993) methods, to determine the refractive index (n) and extinction coefficient (k). This research provides the knowledge about the design and characterization of multi-layered polymer systems, strengthening the scientific ground for the development of passive solar radiation control systems with local materials in the Colombian climate context.