Experimental comparison of serpentine and parallel-tubes flat plate collectors for different flow rates

Comparación experimental del comportamiento térmico de dos captadores solares térmicos, uno serpentín y otro parrilla. In the paper, two flat plate solar collectors were simultaneously tested in a side-by-side facility at the UMA, following the steady-state procedure proposed by the EN12975-2:2006 standard. Both collectors have been manufactured at the same date by the same company and belong to the same product range. To demonstrate the relationship between the thermal performance of each collector and the mass flow rate, both collectors were tested for a total of seven flows, which covered all the technically possible flows in a real SDHW installation. Next, the measurement uncertainties were propagated and the different performance curves for each test were obtained, which allowed to have the three characteristic curve coefficients that are usually used to compare different collectors in terms of their operation (collector efficiency and linear and quadratic heat losses coefficients). The paper analyses the suitability of each type of absorber plate configuration and the influence of the mass flow rate. The paper recommends a type of collector depending on their working conditions.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Simulation of a solar assisted counterflow tunnel dehydrator

A widely used class of vegetable dehydration systems are the “tunnel-and-truck” dehydrators, where the prepared material lies over horizontal trays stored in trucks which move discontinuously in opposite direction of the air flow. This way the driest product is facing the inlet hot and dry air blowed to the system. When product of one truck is ready, is removed from the tunnel leaving space for advance the remaining truck one place forward. This way, a new truck full of wet product can be inserted at the end of the tunnel. The hermal energy required for the process can be supplied by several sources including gas, biomass, solar energy or a combination of them. Solar energy is for free but reaches the Earth with quite a low flux and a strongly fluctuating rate. This imposes the need of special designs and control strategies. This paper presents a study based on simulation models of the dehydrator and the solar thermal system. The dehydrator simulation model is tuned to match experimental data from a particular prototype based on fossil fuel. A solar system simulation model is then applied to the analysis of different design options.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Structural and numerical identifiability of thermal resistances in plate fin-and-tube heat exchangers using manufacturer catalog data

Plate fin-and-tube heat exchangers, commonly known as heating/cooling coils, are widely used in HVAC systems to transfer heat to or from air. A problem of practical interest in coil simulation is to identify the thermal resistances on the air and liquid sides using manufacturer catalog data. Manufacturers rarely provide detailed information (geometry and circuitry) of the coils they sell or install in factory-made equipment such as air handling units or fan-coils; they just report the performance of the coil at a few typical operating conditions. This paper examines whether it is mathematically possible to back-calculate the thermal resistances on the air and liquid sides using a set of performance data that is disturbed by noise (e.g. measurement errors) and consists of operating cases in which none of the two thermal resistances can be neglected. The first part of the paper discusses the structural identifiability problem, that is, the mathematical possibility of fitting Nusselt-type correlations for air and liquid, as well as a constant resistance for the wall. The second part of the paper discusses the possibility of calculating the numerical value of the parameters of the Nusselt correlations (constant or constant and exponent) using noisy data. The analysis is applied to a typical coil, which is simulated by means of a mathematical modelUniversidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

MODELO DE FACHADA VENTILADA CON DESECANTE PARA ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE EXTERIOR DE VENTILACIÓN

Los sistemas de climatización y ventilación de edificios deben garantizar la calidad del aire interior y unas condiciones de temperatura y humedad que proporcione a los ocupantes un ambiente confortable y saludable, tal y como se recoge en el Código Técnico de la Edificación [1]. Con este fin, los materiales desecantes son utilizados en las unidades de tratamiento de aire. Combaten, en climas húmedos, la elevada carga latente de la zona, y son regenerados con aire caliente a partir de 50-60ºC, lo suficientemente bajo para que el calor lo proporcione un colector solar plano. En este trabajo se sustituye la rueda desecante convencional y se propone un nuevo diseño de una fachada ventilada, a la que se adhiere el material desecante. El aire de ventilación circula a través de la cámara de aire de la fachada, poniéndose en contacto con el material desecante, con el que transfiere masa y energía y, posteriormente, se somete a un tratamiento en una climatizadora convencional (batería de frío, enfriamiento evaporativo…) para ser impulsado a la zona. Cuando el desecante se satura y no puede adsorber más humedad, el sistema de fachada dispone de un captador solar que calienta el aire exterior hasta la temperatura necesaria para su regeneración. El diseño de dos columnas de fachada desecante permite alternar los modos de adsorción y desorción sin que se interrumpa el caudal de aire de ventilación. Planteadas las hipótesis, se desarrolla un modelo de la transferencia de calor y masa en la fachada. Se presenta el estudio de la simulación del caso base. Un estudio posterior permitirá la optimización de los parámetros más importantes: tipo de panel exterior, tipo y características del desecante y geometría del sistema, además del comportamiento para diferentes condiciones exteriores (aire y radiación solar).El trabajo se encuadra en el proyecto FAVEDES, financiado por la Secretaría de Estado de I+D+I del Ministerio de Economía y Competitividad dentro de la convocatoria INNPACTO 2011 y cuenta con la participación de Instituto Andaluz de Tecnología, Tecnalia, Grupo de Energética de la Universidad de Málaga, Astrawall Ibérica, b720 Arquitectos y Negarra

EFFECTS OF LOUVERS SHADING DEVICES ON VISUAL COMFORT AND ENERGY DEMAND OF AN OFFICE BUILDING. A CASE OF STUDY

This paper evaluates the building energy demand and visual comfort of a real case with a glazed façade office building placed in Málaga (Mediterranean city in the south of Spain). South oriented facades receive such a high solar gain that cooling demand cannot be handled by the current HVAC system. As an environmental friendly solution, a shading control strategy based on vertical and horizontal louvers is proposed. The study consists of a comparison between the actual and the refurbished building with shading devices. Daylighting simulation is done with Daysim (Daysim, 2016). A group of offices with south, east and north oriented facades is chosen for the study. Horizontal louvers in the south façade and vertical louvers in the east facade are modelled and simulated. The simulation changes the angle of the louver: 0º (perpendicular to the glazing), -30º, 30º, -60º, 60º. Visual comfort parameters analyzed are: illuminance, daylight autonomy (DA) and useful daylight index (UDI). With respect to the thermal comfort, not only louvers orientation try to provide solar protection for glazed areas in cooling period but also maximize solar gains in heating period. However, an excessive daylight could affect discomfort glare. Shading control strategy must provide the equilibrium between both aspects. Thermal demand is calculated with Trnsys (TRNSYS, 2016).Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Optimización del control de un sistema de calefacción conjunto de suelo radiante y ventiloconvectores

Los sistemas de calefacción que utilizan suelos radiantes presentan ventajas frente a los que impulsan aire: mejor distribución espacial de temperatura, mayor rendimiento en la producción y mejor integración. Sin embargo, el suelo tiene una constante de tiempo mayor que otros sistemas que impulsan aire. Esto implica que resultan más difíciles de controlar, y los tiempos de espera hasta alcanzar el confort son mayores que en sistemas de aire. Para evitar estos inconvenientes, en algunos casos, se están acoplando sistemas que impulsan aire a la zona, por ejemplo mediante fancoils, con suelos radiantes. Cuando esto ocurre, y el sistema de producción es único, se produce agua a la temperatura requerida por el fancoil y, mediante una válvula mezcladora a la entrada del suelo, se reduce ésta hasta la requerida por el suelo. Una solución de este tipo adolece de lo siguiente: 1.-No se aprovecha la menor temperatura de producción que el suelo requiere 2.-El sistema de control implica una válvula motorizada que regula en función de la temperatura de local. 3.-Si el suelo radiante está dimensionado para combatir la carga punta de calefacción, puede prescindirse del funcionamiento del fancoil después de una fase inicial de puesta a régimen. En el estudio que se propone, se plantean estrategias de control para optimizar la operación conjunta de fancoils y suelos radiantes operando simultáneamente en el suministro de calefacción a una zona. Para alcanzar los objetivos se dispone de un modelo de simulación (planteado en TRNSYS) en el que se han probado los modos de control hasta encontrar la mejor solución. Los criterios de optimización son, además de la reducción del consumo de energía, los tiempos requeridos para alcanzar la temperatura de consigna en la zona y el coste inicial del sistema. El modelo de suelo radiante se ha validado en una instalación experimental. El trabajo se desarrolla conjuntamente con la empresa ALTRA, que desarrolla sistemas de control para sistemas de climatización.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Design under uncertainty of solar hot water systems for hospitals

Failed designs are often behind underperforming solar hot water systems and excessive fossil fuel consumption in backup units. This paper proposed a reliable and robust method to design a solar thermal system combined with boilers for hot water preparation in a medium size-hospital hospital building with an average daily demand of 8.69 m3. To start with, the conventional deterministic design, which assumes business-as-usual parameter values and overlooks their uncertainties, gives a required solar caption area of 223.0 m2 to achieve an annual solar fraction of 70%. However, if the uncertainties of input parameters are considered, the reliability of this design solution is barely 22% regarding the solar fraction target set, and a solar caption area of 326 m2 would be required to achieve a reliability of 90%. This work proposes a revised design solution which such high level of trustworthiness but with a lower solar caption area and, therefore, more attractive from an economic perspective. The strategy consists of narrowing the uncertainty bounds of those controllable parameters causing major variance on the system performance. A sensitivity analysis showed that the most significant uncertainties concerning the variance of the solar fraction are the following (in decreasing order of importance): variation of the hot water supplying set-point, insulation defects in the hot water distribution loop, wrong adjustment of thermostatic valves and dust deposition on collectors. According to the improved design proposed rooted in the revision of uncertainties through the installation of high-quality measurement and control equipment and effective maintenance, a design with a solar caption area of 257.3 m2 would be enough to reduce the probability of failure below 10%.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Modelling and design of a hybrid solar+micro-cogeneration system for water heating

Se analiza el interés de combinar la microcogeneración con la producción solar térmica para preparar ACS en un edificio de viviendasUniversidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tec

Unidad terminal de suelo frío con ventilación incorporada

Modelo numérico de un suelo frío con ventilación incorporadaUniversidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Caracterización térmica y evaluación de diversas estrategias de control de condensación de vigas frías activas

La aparición de condensación en la batería de intercambio de calor es uno de los principales problemas a evitar en una viga fría activa (VFA). En climas húmedos, por las infiltraciones de aire exterior, y en espacios de elevada ocupación, las vigas frías pueden presentar el problema de la condensación. Mediante simulaciones térmicas anuales realizadas con Trnsys, el presente artículo demuestra que el sistema de prevención de condensación comúnmente utilizado puede dar lugar a un elevado número de horas de disconfort térmico durante las horas de mayor ocupación del local. En este sentido, se hace indispensable añadir a los modelos térmicos actuales de VFA controles adicionales para evaluar el riesgo de condensación, y llevar a cabo las medidas correctoras necesarias. Así, el objetivo del presente artículo es el de proponer un modelo térmico de VFA que incluya diversas estrategias de prevención de condensación alternativas, que se compararán desde el punto de vista de consumo eléctrico y confort térmicoUniversidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech