Desarrollo de techos de transmitancia solar configurable

Se presenta el desarrollo experimental y su evaluación térmica modelada para condiciones del desierto patagónico-pampeano, de un original diseño de techo o sobretecho de transmitancia solar configurable. Siendo un sistema de construcción simple y mediante el empleo de materiales convencionales de construcción, podría ser replicado rápidamente sobre cualquier techo sin requerir mano de obra especializada. Aplicado como sobretecho o toldo en viviendas unifamiliares, este sistema configurable podría reducir apreciablemente la necesidad de refrigeración estival y de calefacción invernal. En el modo verano, el toldo (constituido por una placa de policarbonato alveolar transparente) se llena de un líquido opaco o reflectivo, para minimizar la carga térmica solar sobre el techado, mientras que en el modo invernal se vacía del líquido para constituirse entonces en un toldo transparente de gran ganancia solar (por efecto invernadero) y de buena capacidad aislante térmico.The thermal modeling, developing of first prototype and experimental characterization of an innovative awning with configurable solar gain is presented. Being this an easy-made awning by means of standard building materials, this system could be universally mounted onto every roof by end-users. This configurable awning could avoid the requirement of air conditioning cooling system during summers, and reduce noticeably the space heating systems during winters. During summers, the awning (based in an alveolar polycarbonate sheet) mounted over roof is filled with an opaque &reflective liquid in order to blockage solar irradiation, and so, minimizing the heat load. During winters the liquid is drained, and the awning becomes a transparent greenhouse heating the roof, and providing additional thermal insulation too. The feasibility of this innovative concept for sustainable architecture was tested, and its economical impact was surveyed.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Monitoreo de la eficiencia de calefactores a gas comerciales: una estrategia para promover el ahorro de gas natural

Se midió la eficiencia térmica de seis modelos de calefactores a gas de tiro balanceado comerciales, con chimeneas horizontales (TB), calculando su valor promedio. Se determinaron eficiencias que van del 57% al 82%, empleando una nueva metodología experimental que hemos desarrollado en anteriores trabajos. Estas importantes variaciones de eficiencia se pueden correlacionar cualitativamente con el exceso de caudal de aire aspirado, en concordancia con nuestras observaciones previas. Se plantea un posible medio para lograr que los usuarios ponderen con este factor su elección ante la adquisición de un nuevo calefactor. Se estima el ahorro energético nacional que podría obtenerse si este criterio de maximización de eficiencia se generalizase en todo el país o si los fabricantes decidiesen optimizar el caudal de aire aspirado en sus nuevos modelos.The thermal efficiency of six commercial models of household flue-draft gas space heaters was determined, being all of these heaters built with horizontal flue-draft chimneys. So, efficiencies ranging from 57% to 82% were determined my means of a new experimental procedure and by using a new methodology previously development for authors for this kind of heaters. A qualitative good correlation could be observed between the excess of intake air flow and the thermal efficiency performed; higher the excess of intake air is, lower the efficiency is. Regarding present lack of information from manufacturers to end-users about their equipment efficiency, it is proposed here a new strategy intended for achieving a generalized domestic gas savings. The national energy saving that could be achieved by this way is extrapolated showing that noticeable gas sharing of pipeline could be achieved.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Propuesta de material multicapa aislante de bajo costo e impacto ambiental

El objetivo de este trabajo es mostrar las ventajas térmicas, ambientales y económicas, de un nuevo material compuesto propuesto para aislación térmica en viviendas. Se propone un sobre muro exterior que intercala varias cámaras de aire y capas de aislantes de baja emisividad infrarroja. Se desarrolla un modelo de resistencias térmicas unidimensional para calcular la transferencia de calor multimodal involucrada (conducción, convección y radiación), la cual se resuelve mediante iteración numérica. Como ejemplo, empleando 5cm de EPS (telgopor) en multicapas de 1 cm y cámaras de aire de 2cm, se obtiene una resistencia térmica similar a una capa sólida de EPS de 10 cm, dando un coeficiente global de transmisión de 0,346 W/m²ºK. Se compara también la energía y los gases de efecto invernadero en la fabricación y el transporte del EPS, y se evalúan sus costos y aspectos constructivos.The aim of this work is to demonstrate the thermal, economical and environmental advantages of a new thermal insulation design to improve dwellings’ efficiency. An array consisting of several layers of air chambers separated by an insulation material of low infrared emissivity is proposed. The multimodal heat transfer (conduction, convection and radiation) is modeled by unidirectional thermal resistances, solving the coupled equations by numerical iteration. As an example, the calculations for an array with five layers of EPS of 1 cm thickness separated by 2cm-wide air chambers are developed. The result is a global thermal transmittance value of 0,346 W/m²ºK, which is similar to the one obtained by a solid EPS insulation of 10 cm thickness. The energy used and the greenhouse gases emitted in the manufacturing and transport of the materials are also studied, as well as the cost of the alternatives and the installation possibilities.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Nuevo colector solar térmico de bajo costo de flujo forzado autónomo por panel fotovoltaico

Se presenta el desarrollo de colectores solares térmicos de bajo costo y simple diseño, basados en una larga manguera de PEBD que operan por recirculación forzada asistida por mini bomba regulada y alimentada por panel fotovoltaico. Se demostró experimentalmente la factibilidad de esta configuración termohidráulica simple y autónoma. Un prototipo (50 litros y 50 metros manguera de ¾”, bomba de 2W y panel fotovoltaico de 3W en 12 voltios) obtuvo eficiencias promedio del 37%, calentando agua a 48°C en invierno en Salta con irradiancias de 700 W/m².The development of simple and inexpensive design of solar thermal collectors is presented. They are based on a long LDPE hose, that works by forced recirculation assisted by a pump which is powered by a little photovoltaic panel. The feasibility of this simple and autonomous thermoidraulic configuration was experimentally demonstrated. A prototype, of 50 liters with 50 meters of hose (3/4") and a 2 W pump which is operated by 3W 12 V panel, has been elaborated. The prototype has worked with an average efficiency of 37%, reaching the water, on a winter day with solar average irradiances of 700 W / m², a maximum temperature of 48 °C.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Evaluación energética y económica de calefacción de hogares por bomba de calor en Bariloche, Montevideo y Santiago.

El cambio climático obliga a mejorar la eficiencia del consumo de energía. En este trabajo se desarrolla una metodología de evaluación energética y económica de las ventajas de sustituir sistemas de calefacción tradicionales de gas natural, GLP, o electricidad, por una moderna bomba de calor (inverter). Al ser su eficiencia función de la diferencia de temperaturas entre el ambiente exterior y el interior, la eficiencia varía según la ubicación de la ciudad. De esta manera, se estudia su rendimiento en Bariloche, Santiago de Chile y Montevideo (temperatura media anual de 8,3; 14,6 y 16,3 °C, respectivamente), empleando los siguientes sistemas: 1) aire-aire, instalando varios equipos Split; y 2) aire-agua, instalando una bomba de calor que brinde calefacción por radiadores de agua. Esta metodología permite dimensionar estos sistemas y calcular el ahorro anual, ejemplificándose para una vivienda social de 50 m2. En todos los casos estudiados se alcanzaron reducciones de los consumos y ahorros de moderados a notables (y períodos de repago de la inversión menores a dos años), excepto contra el gas natural en Bariloche y Montevideo. Se discute también cómo su inversión moderada puede constituir una primera solución asequible, frente a la costosa rehabilitación térmica, a fin de obtener viviendas más sustentables.Climate change forces to improve the efficiency of energy consumption. This work develops a methodology for energy and economic assessment related to replacing a standard household heating system fueled by natural gas, LPG, or conventional electric heaters, with a modern heat pump (inverter). As its efficiency is related to the temperature difference between the outdoor and indoor environments, the efficiency varies depending on the location of the city. Thus, the performance is studied in Bariloche, Santiago de Chile, and Montevideo (Average annual temperature of 8.3, 14.6 and 16.3 °C, respectively), using the following systems: 1) air-air, installing several Split devices; and 2) air-water, installing a heat pump that provides heating by water radiators. This methodology allows sizing these systems and calculating annual savings, exemplified for a 50 m2 social housing. In all the cases studied, moderate to notable reductions in consumption and savings were achieved (and investment payback periods of less than two years), except for natural gas in Bariloche and Montevideo. It is also discussed how their moderated investment can be an affordable first solution, as opposed to the expensive thermal rehabilitation, for obtaining more sustainable housing

Avances en la elaboración de un sistema termosolar automatizado de bajo costo que utiliza manguera de riego de PEBD

Se muestran los primeros avances obtenidos en la elaboración de un sistema automatizado de bajo costo para el calentamiento de agua por energía solar. El mismo consta básicamente de un absorbedor lineal formado por manguera de riego de polietileno de baja densidad (PEBD) y una cubierta transparente de botellas de PET. El agua en la manguera al llegar a cierta temperatura se descarga, en forma pulsada y automática, hacia un tanque térmico de almacenamiento. Esta acción es llevada a cabo por la apertura de una electroválvula comandada por un termostato bimetálico intercalado en la manguera. Esta automatización permite que el sistema trabaje en el rango de máxima eficiencia. Para conocer las propiedades térmicas del sistema de manguera-PET se caracterizaron los materiales constituyentes y se evaluó al sistema en distintas configuraciones. Se comprobó el funcionamiento de la automatización en dos prototipos realizados con manguera de PEBD de ¾”, uno cubierto por PET y otro cubierto con policarbonato alveolar. Se evaluó la producción de agua caliente en ambos. Estos trabajos apuntan a obtener un sistema automatizado de aprovechamiento de la energía solar simple, eficiente y económico que propicie el reciclaje y la autoconstrucción.Are shown first progress in developing a low-cost automated system for heating water by solar energy. Basically consists of an absorber composed of irrigation hose of low density polyethylene (LDPE) and a transparent cover of PET bottles. The water in the hose at a certain temperature is discharged, automatically in pulsed form, to a thermal storage tank. This action is performed by opening a solenoid valve commanded by a bimetallic thermostat inserted in the hose, automation allows the system to operate in the range of maximum efficiency. To know the thermal properties of PET-hose system, constituent materials were characterized, and the system was evaluated in different configurations. Was checked the automatic discharge operation to two prototypes made with ¾ " LDPE hose , one covered with PET bottles, another covered with polycarbonate honeycomb. In this work aim to obtain a simple, efficient and economical automated system for the production of hot water by solar energy, conducive to recycling and the self build.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Desarrollo experimental de prototipos de techo solar de bajo costo

Se presenta el desarrollo experimental de los primeros prototipos de un nuevo diseño conceptual de techo solar configurable, cuya innovación radica en proveer de calefacción solar y refrigeración natural a las viviendas, mediante redistribución de agua. El estudio experimental ha demostrado la factibilidad de su construcción empleando técnicas y materiales de construcción convencionales. Se discuten sus costos, que podrían ser similares a los de un techo convencional de similar calidad térmica, y que por lo tanto permitirían aplicar este sistema sobre toda la superficie del techado. Resultados preliminares permiten estimar que en condiciones de clima patagónico se podrían obtener eficiencias como colector solar en el rango del 30% al 50%. Se discute las fortalezas y debilidades de este diseño y otras posibles variantes del mismo también en estudio, que podrían servir para mejorar su desempeño y generalizar su aplicación a techos preexistentes y/o inclinados.The experimental development of prototypes relates a new conceptual design of a configurable solar roof is presented. Its innovation involve a solution for the solar heating and natural cooling of houses, by means of water redistribution. The feasibility of concept by using standard constructions materials and techniques is checked. The cost analyze shows this roof could achieve similar cost than conventional roofs. Preliminary, initial results have shown than efficiencies as solar collector ranging from 30% to 50% could be achievable in this configuration. The strengths and weaknesses of this design are discussed, together with other possible variations of this original design. These variations could be useful for implementing this solar roof onto older and (or) titled roofs.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Calefacción solar en edificaciones con acumulación en gran reservorio de agua

This paper shows the feasibility of implementing solar heating in Bariloche (3,600 degrees/day, 8.4°C mean annual temperature) through heat pipe collectors and water contained in insulated water tanks for further use through floor heating systems. Dynamic thermal models are used to optimize the system in order to meet 13,000 kWh annual demand, which represents both a 50m2 single-family, non-insulated affordable housing unit (260kWh/m2) or a 100m2 insulated unit (130 kWh/m2.) Such a demand could be met through five standard collectors, each containing 20 pipes (2,088m2, opening area), and a 63m3 tank at a cost of USD 27,000 or eight collectors and an 11m3 tank at a cost of USD 11,650. This paper discusses the reasons why Bariloche, whose mean temperature is similar to that of developed countries located in cold areas, achieves more economical solutions such as: a) the use of vacuum collectors instead of flat-plate collectors; b) properly distributed solar resources and heat demand; and c) an affordable type of water tank that enables proper insulation. This study concludes there is potential for the implementation of this technology in large parts of South America requiring heating solutions.Este trabajo muestra la factibilidad de calefacción solar en Bariloche (3.600 grados-día/año, 8.4 °C media anual) empleando colectores tipo heat pipe y almacenamiento en un reservorio de agua aislado y utilizarlo mediante piso radiante. Mediante modelos térmicos dinámicos, se optimiza el sistema para una demanda anual de 13.000 kWh, que representa tanto una típica vivienda unifamiliar económica de 50 m2 (sin aislación térmica, 260kWh/m2) u otra de 100 m2 con aislamiento (130 kWh/m2). Esta demanda se podría satisfacer con cinco colectores estándar de 20 tubos (2.088 m2 de área apertura) y un gran tanque de 63 m3 a un costo de USD 27.000; pero también instalando ocho colectores se reduciría el tanque a 11 m3 y la inversión a 11.650 USD. Se discuten los motivos por los cuales, en Bariloche, siendo su temperatura media similar a la de países desarrollados de zona fría, se obtienen soluciones mucho más económicas: a) uso de colectores de vacío en lugar de planos; b) recurso solar y demanda de calefacción más distribuidos en el tiempo; c) tipo de reservorio escogido facilita su adecuada aislación y bajo coste. Se concluye que existe potencial para la aplicación de esta tecnología en una amplia región de Sudamérica con demanda de calefacción

Eficiencia térmica de calefactores a gas de tiro balanceado

Se investigó experimentalmente el comportamiento térmico de un calefactor comercial a gas de tiro balanceado. Para un modelo de uso domiciliario se estudiaron distintas potencias de llama y de configuraciones de chimenea: tiro vertical con distintas longitudes, y tiro horizontal. Se encontraron eficiencias térmicas de calor transferido al ambiente entre el 40% y el 60%, siendo la configuración de bajo tiraje (horizontal) la que presenta mayor eficiencia. Este comportamiento se explica con la variación observada del caudal de aire en la cámara de combustión: desde 2 hasta 8 veces mayores al estequiométrico requerido por la combustión completa del gas. Se identifica la importancia de este parámetro en la optimización de la eficiencia de calefactores de tiro balanceado, el cual es soslayado por las normas vigentes como los diseños industriales actuales. Se discute la eficiencia en el uso del gas y la emisión de gases contaminantes en el uso de este tipo de calefactores.The thermal efficiency of a flue-draft commercial space heating device has been experimentally investigated. For a standard model used by households different flame intensities and two different chimney geometries —horizontal air inlet and outlet in a concentric arrangement and vertical tubes for inlet and outlet—, were studied. Thermal efficiencies for heat transfer to the room in a range of 39% to 63% were found, with the horizontal flue providing the highest efficiency, and decreasing with the height of the vertical chimney. The findings are explained by measuring the air flows, which were much larger than required by the combustion, being the excess air flow in the range of 1.8 to 8 times the stequiometric one. The importance of proper air flows for the type of heater studied is then identified. Either actual regulations or industrial designs do not take the matter into account. Technical solutions to improve efficiency and reduce contaminants release to the environment are also proposed.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Mejora en la eficiencia de calefactores a gas de tiro balanceado

Se investigó la mejora de calefactores de tiro balanceado comerciales de uso corriente. Sobre la base de un estudio térmico-aerodinámico reciente, se desarrollan aquí varios criterios de diseño que permiten mejorar el desempeño de estos equipos, en especial su eficiencia térmica. Estos criterios se enfocan en aumentar la transferencia de calor desde la cámara de combustión estanca al ambiente interior, tanto por convección como por radiación infrarroja. Estos aspectos se encuentran soslayados en los actuales diseños comerciales, los cuales presentan gabinetes muy cerrados y cámaras con recubrimientos de muy baja emisividad. Las modificaciones propuestas son de bajo costo, y fueron estudiadas experimentalmente, observándose aumentos significativos en la eficiencia térmica y reducciones en la temperatura de la cámara. Esto último además brinda ventajas en cuanto a la reducción del efecto de desecamiento ambiente y la emisión de óxidos de Nitrógeno (NOx), lo cual conlleva a una mejor calidad de calefacción.The technical improvement of commercially available balance draft space heaters is investigated. Based on our recent work on the study of thermal performance of these devices, we develop here various design criteria to improve the standard equipments performance, mainly its thermal efficiency. These criteria are focus to heat transfer improving from the hot combustion chamber to the room air, either by convection or infrared radiation. These aspects are not well taken care for in commercial space heaters of the balanced flue type, which present, in addition, enclosing cabinets that do not let infrared emission and convection freely be transferred to the room. Simple and low cost improvements were made on a prototype, and this was experimentally studied. An improvement of the thermal efficiency between 16 and 82%, depending on running conditions, was achieved, along with a noticeable reduction of more than 170ºC on the chamber’s surface, with a consequence on low NOx emissions. Environmental consequences as well as advantages for households are also discussed.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES