Modelo numérico acoplado para la simulación de envolventes con PCM y ventilación nocturna controlada

Resumen

El análisis computacional de envolventes edilicias que incorporan materiales de cambio de fase (PCM) constituye una estrategia clave para el diseño pasivo y la mitigación del estrés térmico en climas cálidos. Sin embargo, en condiciones estivales severas, dichos materiales pueden sufrir saturación térmica si no se promueve la descarga del calor latente durante la noche. Este trabajo presenta un modelo numérico transitorio y continuamente diferenciable acoplado multicomponente (1D–0D) para evaluar la respuesta térmica de recintos con envolventes compuestas por PCM, incorporando una estrategia de ventilación nocturna natural controlada. Para evitar el ruido numérico y las oscilaciones inherentes a los controles discretos (tipo termostato ON/OFF) en la actualización explícita del aire dentro de un esquema acoplado escalonado, se propone una regularización sigmoidal continua para el flujo de ventilación. La transferencia de calor en la envolvente se resuelve de forma implícita mediante el método de elementos finitos (FEM) bajo una formulación mixta temperatura-entalpía, acoplada a la resolución del balance del aire interior. Los resultados demuestran que la regularización matemática estabiliza el cálculo del recinto y facilita la evaluación precisa del beneficio dual de esta estrategia: proporciona un enfriamiento sensible directo del aire y favorece la extracción del calor latente almacenado en los muros, mitigando en conjunto las desviaciones térmicas interiores respecto del límite superior establecido.