Análisis técnico-económico de paneles radioconvectivos aplicados a la climatización de edificios

Abstract

El objetivo de la presente tesis doctoral es el análisis energético de sistemas de enfriamento nocturno para edificios, basados en paneles radioconvectivos. Con este objetivo se ha abordado un estudio en tres fases, un análisis teórico culminado en el desarrollo de un modelo, un análisis experimental en laboratorio que ajusta y valida el modelo teórico, y un análisis en un edificio en condiciones reales de uso. Se desarrolla una metodología que permite caracterizar energéticamente los paneles de refrigeración radioconvectiva nocturna y un modelo teórico que describe su comportamiento durante el funcionamiento de los mismos, teniendo en cuenta todos los parámetros físicos de los paneles y del entorno donde estén instalados. La bibliografía existente sobre paneles trabajando como enfriadores nocturnos es mucho menor e incompleta que la bibliografía de estudios realizados sobre captadores solares térmicos con funcionamiento diurno, por lo que se ha adaptado al funcionamiento nocturno los métodos de estos últimos que pudiesen tener equivalencia, desarrollando los aspectos necesarios para esta adaptación. Se ha analizado las normativas europeas y españolas en lo referente a la eficiencia energética en los edificios con el objeto de conocer el marco normativo de referencia en el que se encuentran inmersos los paneles radioconvectivos nocturnos Se ha validado experimentalmente el modelo teórico bajo condiciones climáticas reales, para lo cual se ha diseñado una metodología experimental y un banco de ensayos que contemplan el diseño del sistema hidráulico, del sistema de adquisición de datos y control y de los equipos y sensores de medidas necesarios para evaluar los parámetros objeto de análisis, con precisión y rigor científico. El banco de ensayos está situado en las instalaciones existentes en el Laboratorio de ensayos Energéticos para Componentes de Edificación de la Unidad de Eficiencia Energética en Edificación del CIEMAT situado en la Plataforma Solar de Almería, y en el mismo se han evaluado en paralelo, y por tanto en las mismas condiciones de contorno instantáneas para cada uno de ellos, tres prototipos de panel radioconvectivo diferentes, uno metálico con superficie selectiva y emitancia 0.02, otro metálico de color blanco y con emitancia 0.5 y un tercero orgánico con emitancia 0.9. Para la validación del modelo teórico completo se ha realizado el ajuste y la validación de parámetros y modelos parciales, siendo los más destacados, modelos convectivos, modelos radiativos para cielos despejados, modelos del índice de nubosidad, modelos radiativos para cielos nubosos y la conductividad de la soldadura, contrastándolos con diferentes correlaciones existentes en la bibliografía científica. Este estudio ha permitido elaborar un ajuste del índice de nubosidad aplicable al cálculo de temperatura aparente de cielo y al modelo general del PRN. Mediante el estudio en el edificio en condiciones reales de uso se ha comprobado el resultado de aplicar el modelo teórico y los ajustes experimentales en una instalación real, y para calcular la rentabilidad económica del sistema. Se ha realizado un ensayo en el edificio Arfrisol de la Plataforma Solar de Almería, sobre un campo de 50m2 de paneles radioconvectivos orgánicos instalados sobre su cubierta, y conectados al circuito del suelo radiante existente. Se ha utilizado un año meteorológico tipo con el objetivo de poder generalizar los resultados y analizar el potencial de refrigeración estacional de los paneles radioconvectivos de disipación nocturna, analizando la viabilidad económica mediante el cálculo del periodo de retorno, el VAN y la Tasa Interna de Retorno, considerando conjuntamente aspectos energéticos y económicos.