Modelación numérica de un muro Trombe en una vivienda en el Norte de Chile

Abstract

En este trabajo se presentan simulaciones numéricas de la distribución de temperatura y velocidades en una vivienda que utiliza un sistema de calefacción pasiva, Muro Trombe tipo Escalonado, con el objetivo de calefaccionar viviendas que se encuentran alejadas de la red eléctrica (SING). Este diseño innovador se caracteriza por poseer muros de concreto (masa térmica) equispaciados a una cierta distancia para mejorar la captación de energía solar y así aumentar la eficiencia térmica de la habitación. Las dimensiones exteriores; 2.5 [m] de alto, 5 [m] y 7.5 [m] de largo, para la pared superior e inferior respectivamente. Estos forman un ángulo de 45° con la horizontal inferior, aumentando la captación solar de la pared vidriada y producir mayores gradientes de temperaturas y velocidades al interior de la habitación. Las simulaciones se realizaron con el método de volúmenes finitos utilizando el software comercial (ANSYS Fluent 17.1), con el método de turbulencia k-ϵ Standard y el modelo de carga solar, incluyendo el método de ordenadas discretas (DO), el cual modela superficies semitransparentes (vidrio) con espesores pequeños. Se presenta una evaluación térmica del sistema utilizando los datos climáticos horarios para un día típico de invierno y verano en la localidad de Putre, Región de Arica y Parinacota. Se encontró que las temperaturas promedio en la habitación son de 20 [°C] y 30 [°C] para invierno y verano respectivamente. Se forma el fenómeno de capa limite hidrodinámica en la pared superior, alcanzando un valor de 0.1 [m] para el día más caluroso y 0.08 [m] para invierno. Esto se debe a la condición de no deslizamiento y a la viscosidad del fluido. Durante el día más frio, la energía máxima almacenada por la masa térmica es de unos 1800 [KJ] y durante el día más cálido es de unos 2200 [KJ]. Esta energía se entrega desde las columnas de concreto al aire en la habitación durante periodos sin insolación. Para futuros trabajos se propone considerar más parámetros para describir el entorno urbano y realizar un modelo a escala real de una vivienda típica del norte Chileno.