Optimización del uso de los colectores solares térmicos de aire para la reducción de consumo de energía en edificios

Résumé

El presente trabajo de Tesis Doctoral se centra en el estudio de la tecnología de los colectores térmicos solares de aire, a través de su caracterización y análisis de comportamiento y ahorros de energía obtenidos bajo diferentes condiciones de operación esperables. Las reglamentaciones relacionadas con los requisitos de bienestar y consumo de energía en los edificios siguen una creciente tendencia hacia la mejora de las condiciones de la Calidad del Aire Interior IAQ y la consecución de edificios de consumo de energía casi nula. El desarrollo y estudio de la tecnología de los colectores térmicos solares de aire, a través de su incorporación en los sistemas e instalaciones de los edificios, permite satisfacer estos requerimientos de forma conjunta a través del empleo de una fuente de origen renovable y gratuita como es la radiación solar. El análisis de los sistemas de colectores térmicos solares de aire se basa en la caracterización de un captador comercial (TwinSolar 4.0-SLK del fabricante Grammer Solar) instalado en un banco de ensayos equipado de tal forma que permite la experimentación del colector en diferentes condiciones de operación esperables. Este equipamiento permite controlar y regular los factores considerados como determinantes en el comportamiento y realizar ensayos con diferentes niveles de estos. Los resultados permiten definir una serie de parámetros que definen el comportamiento del colector. La relevancia o incidencia de los factores se comprueba posteriormente con el planteamiento de un análisis de varianza ANOVA. Con las regresiones obtenidas de los diferentes parámetros establecidos para la definición del funcionamiento del equipo se desarrolla y valida un modelo matemático que simula el comportamiento del colector para las condiciones de operación ensayadas. Esta herramienta permite el análisis de los potenciales ahorros obtenidos gracias al empleo del colector. También se plantea un estudio de ahorros energéticos que pueden alcanzarse en período invernal por la utilización del colector en el aporte de calor para la cobertura total o parcial de las cargas térmicas de ventilación y/o calefacción en edificios. El estudio se lleva a cabo para diferentes localidades españolas con diferentes condiciones climáticas de temperatura e irradiación solar. La estacionalidad del uso habitual de los colectores solares de aire es uno de los principales hándicaps de esta tecnología. El uso más extendido de los colectores en edificación es el calentamiento de espacios o el preacondicionamiento del aire primario, limitado al periodo invernal. Después de revisar la literatura existente al respecto del uso anual de colectores de aire, se analiza una alternativa no estudiada antes como es el uso en la generación de agua caliente sanitaria durante el periodo de verano. Se plantean diferentes configuraciones de funcionamiento y se comparan los resultados obtenidos por cada una de ellas en términos de ahorro de energía y de temperaturas de agua alcanzadas. De los resultados obtenidos de la caracterización experimental, el desarrollo del modelo matemático y del estudio de la aplicación de los colectores solares térmicos de aire en los diferentes periodos estudiados, se derivan una serie de conclusiones y trabajos futuros que permiten poner en valor el potencial de esta tecnología.