La chimenea solar : parámetros de diseño de un sistema pasivo generador de movimiento de aire

Abstract

The solar chimney is a climatic conditioning passive system. This can generate air movements in a room by means of solar radiation. These air movements can amplify the comfort zone increasing human habitability conditions at high air temperature and humidity rates, main characteristics of warm tropical humid climate. Although this device has extensive diffusion in literature related to energy efficiency and environment, its real application in architecture is limited. This research aims to identifying the design parameters affecting the performance of the solar chimney, by studying the device morphology as well as the position of the openings involved in the air flow path. The evaluation process begins with the implementation of a basic model within the DesignBuilder software, establishing some calculation points, mainly the point called HAB that emulates the user's position within the room. Subsequently, the construction of an experimental model, which collects the results of the simulation stage, evaluates the behavior of the solar chimney in the generation of air movements to the center of the room and in the entrance opening of the chimney for a complete annual cycle. It is possible to evaluate its performance in different climatic scenarios. Finally, comparison of the velocity records for the points of calculation of the experimental model with those calculated by Design Builder to determine the degree of approximation of the computer tool.

La chimenea solar es un sistema pasivo de acondicionamiento climático. Al tener la capacidad de generar movimiento de aire al interior de una habitación mediante la captación de radiación solar, este flujo de aire amplifica la zona de confort incrementando las condiciones de habitabilidad para el ser humano en situaciones de temperatura de aire y humedad elevados, principales características del clima tropical cálido húmedo. A pesar de que este dispositivo presenta una difusión extensiva en bibliografía relacionada a la eficiencia energética y medio ambiente, su aplicación real en la arquitectura es limitada. Esta investigación plantea identificar los parámetros de diseño que inciden en el desempeño de la chimenea solar, mediante el estudio de la morfología del dispositivo y la posición de las aberturas que intervienen en la trayectoria del flujo de aire. La evaluación de dichos parámetros se realiza con la construcción de un modelo virtual en el programa informático DesignBuilder, donde se evalúan las variables de diseño estableciendo puntos de cálculo de velocidad de aire. Principalmente el punto denominado HAB (Centro de la Habitación), que emula la posición del usuario. Posteriormente, mediante la construcción de un modelo experimental, que recoge los resultados de la etapa de simulación, se evalúa el comportamiento de la chimenea solar en la generación de movimientos de aire al centro de la habitación y en el hueco de entrada de la chimenea solar durante un ciclo anual completo, lo cual permite evaluar su desempeño en diferentes escenarios climáticos. Por último, la comparación de los registros de velocidad para los puntos de cálculo del modelo experimental con los calculados por DesignBuilder para determinar el grado de aproximación de la herramienta informática.