Sistema diurno de refrigeración pasiva por radiación · Tesina final de máster 01 Máster de...

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



Alumno:


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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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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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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 .

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