Estudio de industrialización de un nuevo diseño de chimenea solar para su integración en edificios

Abstract

La búsqueda de la eficiencia energética está a la orden del día en nuestra sociedad. Una vez la humanidad ha comprendido el peligro que supone el cambio climático y todas sus consecuencias, nos enfrentamos a seguramente el mayor reto del siglo XXI: dejar de depender de los combustibles fósiles. Para resolver este complejo problema, la mayor parte del esfuerzo y tecnología disponibles se centran actualmente en la búsqueda de energías alternativas que puedan derrocar la supremacía del petróleo y sus derivados, para obtener otras maneras eficientes de producir la tan ansiada energía eléctrica, motor del mundo. Pero si retrocedemos un poco hacia el origen del problema, podemos llegar a la conclusión de que las energías alternativas no son la única solución (por supuesto son una componente fundamental) para acabar con la hegemonía de los combustibles fósiles, y que quizás solo tengamos que utilizar menos energía, gastar menos… lo que por todos es conocido como “eficiencia energética”. Este pensamiento nos lleva a la búsqueda de técnicas de ahorro energético en sectores de diversa índole. El presente documento tratará de mostrar una solución aplicable al sector de la edificación, aunque bien podría servir como base de aplicación para cualquier otro (con su respectiva dedicación e imaginación); siendo el principal objetivo de este trabajo reducir la demanda energética sin disminuir el confort de las personas. Para ello se presenta una técnica de ventilación pasiva para el interior del edificio, que consiste en una chimenea solar especialmente diseñada para presentar una gran capacidad de almacenamiento térmico durante el día y servir como sistema de ventilación nocturna, proporcionando así el confort térmico sin necesidad de energía eléctrica. El documento presenta una primera parte de introducción, que servirá para poner en contexto al lector de las diferentes tecnologías de ventilación pasiva existentes, mostrando algunas soluciones innovadoras y sirviendo como enlace al segundo punto, donde se presentará detalladamente el concepto de chimenea solar, sus tipologías y estado del arte actual. Es entonces cuando se recurre al estudio de Doña Teresa Palomo Amores, que lleva a cabo el análisis de una solución innovadora de chimenea solar incorporando aletas al interior del sistema de captación, estudio sobre el cual se realiza un trabajo de investigación centrado en el análisis de materiales, dimensiones óptimas y cálculos necesarios para desarrollar un prototipo experimental con el que pueda finalmente demostrarse la eficiencia de la solución, obteniendo con ello un producto totalmente industrializable. Para ello se realiza una búsqueda exhaustiva de empresas y fabricantes que puedan aportar información técnica y valores de referencia a partir de los cuales realizar un análisis en profundidad, obteniendo así el modelo de chimenea solar óptimo que busca maximizar el rendimiento. Adicionalmente se presentan planos del modelo, planos de fabricación que faciliten la industrialización final de los primeros prototipos. Con estos prototipos, desarrollados acorde a lo especificado a lo largo del trabajo realizado, se pretende confirmar de manera inconfusa la viabilidad técnica y tecnológica de la solución, con el objetivo final de lanzar al mercado este modelo innovador de chimenea solar.

The quest for energy efficiency is the order of the day in our society. Once mankind has understood the dangers of climate change and all its consequences, we are surely facing the greatest challenge of the 21st century: weaning ourselves from our dependence on fossil fuels. To solve this complex problem, most of the effort and technology available is currently focused on the search for alternative energies that can overthrow the supremacy of oil and its derivatives, to obtain other efficient ways of producing the longed-for electrical energy that drives the world. But if we go back to the origin of the problem, we can come to the conclusion that alternative energies are not the only solution (of course they are a fundamental component) to end the hegemony of fossil fuels, and that perhaps we just need to use less energy, spend less... what is known by all as "energy efficiency". This thinking leads us to search for energy saving techniques in various sectors. This document will try to show a solution applicable to the building sector, although it could well serve as a basis for application to any other sector (with its respective dedication and imagination); the main objective of this work being to reduce energy demand without reducing people's comfort. For this purpose, a passive ventilation technique for the interior of the building is presented, which consists of a solar chimney specially designed to present a high thermal storage capacity during the day and to serve as a night ventilation system, thus providing thermal comfort without the need for electrical energy. The document presents a first introductory part, which will serve to put the reader in context of the different existing passive ventilation technologies, showing some innovative solutions and serving as a link to the second point, where the concept of solar chimney, its typologies and current state of the art will be presented in detail. Is in this moment when we turn to the study by Teresa Palomo Amores, who analyses an innovative solar chimney solution incorporating fins inside the collection system, a study on which research work is carried out focusing on the analysis of materials, optimum dimensions and calculations necessary to develop an experimental prototype with which the efficiency of the solution can finally be demonstrated, thereby obtaining a fully industrialisable product. To this end, an exhaustive search is carried out for companies and manufacturers that can provide technical information and reference values from which to carry out an in-depth analysis, thus obtaining the optimal solar chimney model that seeks to maximise performance. In addition, plans of the model and manufacturing plans are presented to facilitate the final industrialisation of the first prototypes. With these prototypes, developed in accordance with what has been specified throughout the work carried out, the aim is to confirm the technical and technological feasibility of the solution, with the final objective of launching this innovative solar chimney model onto the market.