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Descripción

El objetivo de éste estudio es conocer una distribución anual del salto térmico, entre la temperatura exterior y la de salida, de una instalación de tubos de intercambio tierra-aire y una chimenea solar, mediante simulación energética.

+ Datos de partida
Para la realización del presente estudio se cuenta con datos de partida consistentes en planos y datos de cerramientos.
Datos de cargas térmicas se han supuesto según recomendaciones para edificios similares. A partir de los planos, se ha levantado la geometría tridimensional, del que solo se estudiará la parte de las chimeneas, marcada en rojo en las siguientes imágenes. Se ha supuesto un caudal total de 20000m3/h, es decir 4000m3/h por chimenea. A cada casa se le ha asignado una altura de 3,1 m.

+ Sistemática seguida
Sobre los planos de partida se ha levantado una geometría en 3D del edificio, discretizando en 16 partes cada chimenea, pues serán las únicas zonas de interés, por otra parte se ha calculado la temperatura de salida anual del intercambiador enterrado. En base a esa distribución de temperaturas se ha creado un perfil de entrada a las chimeneas por la parte inferior para tomar resultados en la zona de salida de estas.
Para realizar el cálculo del comportamiento térmico del edificio se ha empleado el software Integrated Environmental Solutions versión 2014. Este software simula el comportamiento energético del edificio contemplando los siguientes aspectos:

- Aislamiento térmico
- Inercia térmica de los cerramientos
- Configuración del edificio y
orientación
- Climatología
- Propiedades de los acristalamientos
- Sombras
- Ganancias internas
- Ventilación natural
- Ventilación mecánica
- Sistemas de climatización
- HVAC

Para la simulación del edificio se han tomado como base los datos climáticos pertenecientes a la ciudad de Madrid Torrejón, extraídos del programa de simulación energética ENERGYPLUS, desarrollado por el U.S. Deparment of Energy. Temperaturas exteriores; se parte de datos climatológicos ASHRAE design weather database v4.0 así como del fichero EnergyPlus MADRID EPW. Orientación; el ángulo formado por la cara interior con dos chimeneas y el norte es de 68º. El programa de simulación energética, cuenta con un módulo para visualizar las sombras a lo largo del año, de la posición de estas sombras, dependerá el buen o mal funcionamiento de las chimeneas, pues la ganancia solar será mayor o peor.

En el siguiente gráfico se muestra la distribución anual de temperaturas de:
- Temperatura exterior.
- Temperatura del suelo.
- Temperatura de salida del intercambiador enterrado.

Las curvas polinómicas muestran, en términos generales, los momentos en que la curva de temperatura exterior está por debajo o por arriba de la curva de temperatura alcanzada a la salida delas chimeneas. El momento en que una curva sobrepasa a la otra es en el que interesa cerrar las chimeneas solares, pues en verano serían contraproducentes. Lógicamente esta visión es en términos anuales aunque evidentemente, también se podrá producir de forma más local, por ejemplo en un mismo día.
En los gráficos se observa la evolución de las temperaturas dentro de las chimeneas para los meses de Enero y Agosto. Lógicamente, en los meses de verano será necesario bypassear el intercambiador solar para evitar el sobrecalentamiento del aire.
En los siguientes gráficos se muestra en detalle la evolución de la temperatura en un día de enero y agosto. Se observan saltos térmicos por encima de 1,5 ºC. En inivierno observamos que el salto positivo comienza a producirse con la radiación solar y aguanta un tiempo por acumulación térmica durante la noche, sin embargo antes de amanecer hay un tiempo en que el salto es negativo, en este tiempo la chimenea debería estar cerrada. Para realizar el control de paso de aire a través de cada chimenea debería colocarse una sonda de temperatura de salida de aire en la parte alta de cada una de ellas y compararla con la temperatura de salida de los pozos. En el momento en que se compruebe que el salto térmico es negativo, el aire debería bypassear la chimenea.
En las imágenes mostradas se puede observar el calentamiento de los intercambiadores solares.

En general, el salto térmico producido a lo largo de la chimenea solar varía entre 1 y 2ºC, este gradiente es máximo entre el mediodía y la puesta de sol. Por ello, se diseña la chimenea para intentar desplazar esa cesión de calor a horas en las que existe ocupación en el edificio pero no radiación solar, por ejemplo a partir de las 19:00. Para poder generar este desplazamiento en la cesión del calor, se estudia un sistema de almacenamiento de calor en la chimenea, mediante un elemento de inercia, de forma que cuando se necesita cubrir momentos picos de demanda, parte sea satisfecha con la energía solar acumulada.


SALTO TERMICO

PASIVO → SOL → Captación

Descripción

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