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Tesina final de máster
Máster de Arquitectura y Medio Ambiente 2011/2012
Alumno:
Aleix Borrell Fernández
Tutores:
Isabel Crespo y Antoni Isalgué
01
Sistema diurno de refrigeración
pasiva por radiación
I. INTRODUCCIÓN
Trabajo previo de referencia
II. PRINCIPIOS FÍSICOS
Balance energético - Radiación entre dos cuerpos
III. GEOMETRÍA DEL REFLECTOR
Proceso geométrico
El modelo final
Comprobaciones
IV. ANÁLISIS DE MATERIALES
Materiales Transparentes al IR o que Reflejan el IR
V. CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN
El emplazamiento y el prototipo
VI. INSTALACIÓN Y ANÁLISIS POR FASES
Periodo de referencia
Fase 1
Fase 2
Fase 3
VII. CONCLUSIONES
Conclusiones
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I. INTRODUCCIÓN Trabajo previo de referencia Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación
Diseño de sistema de refrigeración planteado par Rafael Serra y
Antoni Isalgé implantado en una cubierta inclinada.
Sistema diseñado para su integración en cubiertas inclinadas.
Modelo experimental con el que consiguieron un descenso
de 2º en la temperatura interior respecto a la exterior.
OBJETIVO:
- Diseño de un elemento integrable en cubiertas planas, con un
mayor aprovechamiento de la radiación hacia la bóveda celeste.
- Diseñado para una latitud entorno a los 41º.
- El sistema debe abarcar la mayor cantidad de cielo despejado
para conseguir la máxima capacidad de enfriamiento
- Utilización de materiales disponibles en la industria actual.
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II. PRINCIPIOS FÍSICOS Balance energético - Radiación entre dos cuerpos Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación
FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA
La temperatura interior depende del balance entre los distintos
flujos energéticos:
QE Energía emitida por la placa
Qe Energía aportada por convección des del exterior
Qi Energía aportada por convección des del interior
QT Energía aportada por transmisión
Qs Energía aportada por la radiación solar
Ley de Stefan Boltzmann:
P=ε·σ·T4
Donde:
P (W/m2) es la potencia emisiva superficial
ε es emisividad, valor a dimensional entre 0-1
σ es la constante de 5,67x10-8 Wm-2T-4
T es la temperatura en grados Kelvin
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III. GEOMETRÍA DEL REFLECTOR Proceso geométrico Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación
ESPACIO DE CIELO ÚTIL GEOMETRIA DEL REFLECTOR FACETACIÓN Y AGREGACIÓN
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III. GEOMETRÍA DEL REFLECTOR El modelo final Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación
Resultados geométricos para el diseño del elemento final. Los
rayos solares incidentes son alejados de la superficie emisora.
Modelo final Después del análisis geométrico obtenemos un modelo
fácilmente repetible, con los puntos singulares previstos, con una
superficie efectiva de 1/6 respecto a la superficie ocupada.
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III. GEOMETRÍA DEL REFLECTOR Comprobaciones Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación
Proyección estereográfica de las obstrucciones internas del reflector
Radiación incidente en colores
falsos para el día 21 de Junio Proyección de las sombras hora a hora
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IV. ANÁLISIS DE MATERIALES Materiales Transparentes al IR o que Reflejan el IR Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación
material descripción
B01 bolsa de basura industrial, plástico negro y grueso -20,2 ºC 11,3 ºC 31,5 ºC
B02 bolsa de basura doméstica, plástico negro y delgado -20,2 ºC -6,1 ºC 14,1 ºC
B03 bolsa de basura doméstica, plástico azul y delgado -20,4 ºC -9,2 ºC 11,2 ºC
B04 plástico alimentario, blanco y delgado -20,1 ºC 4,2 ºC 24,3 ºC
B05 plástico alimentario, transparente y grueso -20,1 ºC 15,6 ºC 35,7 ºC
B06 plástico alimentario, tranparente y delgado -19,9 ºC 3,3 ºC 23,2 ºC
B07 plástico alimentario, transparente y semigrueso -20,0 ºC 6,1 ºC 26,1 ºC
B08 plástico retráctil, transparente y delgado -20,1 ºC -0,5 ºC 19,6 ºC
B09 bolsa de plástico mate, semitransparente y delgado -20,2 ºC -14,4 ºC 5,8 ºC
B10 film transparente alimentario -20,2 ºC -15,1 ºC 5,1 ºC
B09+B10 superposición de dos elementos -20,2 ºC -9,8 ºC 10,4 ºC
temperatura
directa cielo
temperatura
con filtro reducción
material descripción
R01 papel de aluminio convencional -22,6 ºC -19,7 ºC 2,9 ºC
R02 bandeja de aluminio alimentaria -22,6 ºC -19,3 ºC 3,3 ºC
R03 manta térmica, cara plateada -22,6 ºC -19,8 ºC 2,8 ºC
R04 manta térmica, cara dorada -22,6 ºC 12,1 ºC 34,7 ºC
temperatura
directa cielo
temperatura
con filtro reducción
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V. CONSTRUCCIÓN E INSTALACIÓN El emplazamiento y el prototipo Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación
BAIX PENEDÈS
Llorenç del Penedès Latitud 41º17’00’’N
Longitud 1º33’00’’E
Elevación 160 m
Panorámica de las obstrucciones del entorno
Vista exterior de la implantación en la cubierta
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VI. INSTALACIÓN Y ANÁLISIS POR FASES Periodo de referencia Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación
PERIODO DE REFERENCIA
Cuatro días consecutivos con datos de:
Temperatura y humedad de 2 sondas exteriores
Temperatura, humedad y datos de radiación de la
estación meteorológica.
Fase 2
Fase 3
Fase 1
Sonda pirgeómetro y obtención de datos
Imagen sondas de temperatura y humedad
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VI. INSTALACIÓN Y ANÁLISIS POR FASES Fase 1 Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación
TEMPERATURA SENSOR – RADIACIÓN EMITIDA
Cuando aumenta la temperatura del sensor, también aumenta la lectura de radiación
emitida por el pirgeómetro.
RADIACIÓN EMITIDA - HUMEDAD
Influencia de la humedad ambiental en el potencial de radiación hacia la bobeda celeste.
A una mayor humedad, disminuye la capacidad de radiación hacia la bobeda celeste.
Sondas de temperatura y humedad
Instalación exterior
Sensor pirgeómetro
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VI. INSTALACIÓN Y ANÁLISIS POR FASES Fase 2 Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación
Bastidor del pirgeómetro en el interior del modelo
Modelo completo con el pirgeómetro integrado
Modelo instalado en el exterior
TEMPERATURAS Y RADIACIÓN FASES 1 Y 2
Comparando los datos de temperatura de la sonda y la radiación emitida, vemos que la
fase 2 con el modelo de cubierta, aumenta el rendimiento en unos 10-20 W/m2.
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VI. INSTALACIÓN Y ANÁLISIS POR FASES Fase 3 Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación
Sondas de temperatura y humedad en el interior
Conjunto para la instalación exterior
Conjunto exterior
TEMPERATURAS INTERIOR EXTERIOR
Durante gran parte del periodo nocturno, la temperatura interior se mantiene 2ºC por
debajo de la exterior.
Durante el periodo diurno, la temperatura aumenta debido a una serie de factores que no
se habían previsto. En una verificación posterior se ha visto que el aumento de
temperatura es debido a:
-Radiación solar difusa – perdida rendimiento placa emisora
-Aumento de la temperatura de los paramentos exteriores debido de la incidencia de la
radiación solar.
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VII. CONCLUSIONES Conclusiones Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación
CONCLUSIONES
El desarrollo de un sistema de refrigeración pasiva por radiación es posible.
Se deben considerar una serie de factores muy determinantes y con una fuerte influencia en el resultado.
Los rendimientos obtenidos serán muy bajos, por lo que se verá limitada su posible utilización.
Cualquier pequeño error de construcción o cálculo puede representar un fracaso del sistema
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Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación
GRÁCIAS A TODOS .