"Energías y combustibles para el futuro"

Transcripción

1 "Energías y combustibles para el futuro" CONVERSIÓN FOTOTÉRMICA César Bedoya Frutos. Dr. Arquitecto. Catedrático de Universidad cesar.bedoya@upm.es Soleamiento Metodología de diseño bioclimático Calentamiento pasivo Enfriamiento pasivo Ejemplos de arquitectura bioclimática: El Proyecto Solar Decathlon 2005 HE 4: Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria

2 Máster Curso Oficial 2007/08de la UAM Programa Curso oficial de Posgrado 2007/08 Energía y combustibles para el Futuro CONVERSIÓN FOTOTÉRMICA PRINCIPIOS DE DISEÑO BIOCLIMÁTICO SOLEAMIENTO César Bedoya Frutos. Dr. Arquitecto. Catedrático de Universidad cesar.bedoya@upm.es

3 EL SOLEAMIENTO SOBRE EL EDIFICIO TRAYECTORIA SOLAR COORDENADAS SOLARES SOMBREAMIENTO

4 EL SOL Pequeña estrella de composición gaseosa a muy alta temperatura, que debido a su estructura, dimensiones y movimientos con respecto a la tierra, propicia la llegada de grandes cantidades de energía en forma de radiación a toda la superficie del planeta

5 ESTRUCTURA SOLAR Estructura interna Núcleo Zona radiativa Zona convectiva Estructura externa o atmósfera solar Fotosfera Cromosfera Corona

6 ESTRUCTURA SOLAR Estructura interna Núcleo: Hasta 0,25 R Es la zona donde se produce la fusión termonuclear, por tanto, donde se genera el 99% de la energía del Sol. El hidrógeno se transforma en helio y se emite energía en forma de radiación gamma.

7 ESTRUCTURA SOLAR Estructura interna Zona radiativa: De 0,25 a 0,86 R En esta zona parte de la energía se disipa y los rayos gamma se transforman en radiación de mayor longitud de onda, como los rayos X, radiación ultravioleta, etc

8 ESTRUCTURA SOLAR Estructura interna Zona convectiva: Zona gaseosa donde grandes masas de gas caliente son transportadas hacia la fotosfera por medio de corrientes turbulentas Temperatura decreciente de a K

9 ESTRUCTURA SOLAR Estructura externa o atmósfera solar Fotosfera: Es una capa delgada, de unos 300 km. La temperatura es de unos K. En la fotosfera aparecen las manchas oscuras y las fáculas, con una temperatura superior a la normal de la fotosfera y que están relacionadas con los campos magnéticos del Sol.

10 ESTRUCTURA SOLAR Estructura externa o atmósfera solar Cromosfera: Sólo puede ser vista en la totalidad de un eclipse de Sol. Es de color rojizo, de densidad muy baja y de temperatura altísima, de medio millón de grados. Está formada por gases enrarecidos y en ella existen fortísimos campos magnéticos.

11 ESTRUCTURA SOLAR Estructura externa o atmósfera solar Corona: Capa de gran extensión, temperaturas altas y de bajísima densidad. Está formada por gases enrarecidos y gigantescos campos magnéticos que varían su forma de hora en hora.

12 MOVIMIENTOS DEL SOL Movimiento traslacional El Sol está sometido, junto con el grupo local de estrellas próximas, a un movimiento de traslación alrededor del centro de la galaxia, a una velocidad de 216 kms/segundo, velocidad que exige 230 millones de años para una órbita completa. Movimiento rotacional Además el Sol experimenta una rotación sobre sí mismo en un tiempo próximo a los 25 días, alrededor de un eje inclinado unos 7º 11 con respecto a la eclíptica. Esta rotación no se efectúa uniformemente para todos los puntos del globo solar.

13 MOVIMIENTOS DE LA TIERRA Movimiento de traslación La Tierra se mueve alrededor del Sol, impulsada por la gravitación, en 365 días, 5 horas y 57 minutos, equivalente a 365,2422 días, que es la duración del año. Movimiento de rotación Cada 24 horas (cada 23 h 56 minutos), la Tierra da una vuelta completa alrededor de un eje ideal que pasa por los polos. Gira en dirección Oeste-Este, en sentido directo (contrario al de las agujas del reloj).

14 La trayectoria solar Equinoccio de primavera Solsticio de invierno Eclíptica Ecuador celeste -23º 27' δ 23º 27' Solsticio de verano Equinoccio de otoño

15 La eclíptica Equinoccio de primavera Solsticio de invierno Eclíptica Ecuador celeste -23º 27' δ 23º 27' Solsticio de verano Equinoccio de otoño

16 El ecuador celeste Equinoccio de primavera Solsticio de invierno Eclíptica Ecuador celeste -23º 27' δ 23º 27' Solsticio de verano Equinoccio de otoño

17 Convenios 1. Movimiento del sol alrededor de la tierra, sobre una esfera celeste cuyo centro es la tierra, describiendo paralelos cada 24 horas.

18 La trayectoria solar

19 Convenios 1. Movimiento del sol alrededor de la tierra, sobre una esfera celeste cuyo centro es la tierra, describiendo paralelos cada 24 horas. 2. Consideración de la tierra como puntual. El plano del horizonte del lugar es el paralelo que pasa por el centro de la tierra. 3. Las trayectorias solares vistas desde la tierra son arcos de circunferencia.

20 Métodos para la determinación del soleamiento PNC M1 M2 P1 M1 Meridiano del sol M2 Meridiano del lugar P1 Plano del horizonte P2 Plano del ecuador h Métodos analíticos: Coordenadas solares δ A H P2 PSC Métodos gráficos: Cartas solares Métodos experimentales: Maquetas

21 Métodos analíticos: Coordenadas solares Coordenadas ecuatoriales u horarias Coordenadas horizontales

22 Coordenadas solares Coordenadas ecuatoriales u horarias Declinación (δ) Desplazamiento angular del sol del plano del ecuador

23 Equinoccio de primavera Solsticio de invierno Eclíptica Ecuador celeste -23º 27' δ 23º 27' Solsticio de verano Equinoccio de otoño declinación

24 Coordenadas solares Coordenadas ecuatoriales u horarias Declinación (δ) Desplazamiento angular del sol del plano del ecuador N δ d = 23,45 sen( )

25 Coordenadas solares Coordenadas ecuatoriales u horarias Declinación (δ) Ángulo horario (H) Desplazamiento angular del sol desde su posición al mediodía. Ángulo formado por el meridiano del astro con el meridiano del lugar. H = 15 (12 t)

26 Coordenadas ecuatoriales u horarias Ángulo horario H = 15 (12 t) Declinación δ = N 23,45 sen(360 d 365 )

27 Coordenadas solares Coordenadas horizontales Azimut (A) Ángulo medido, sobre el plano del horizonte, que forman las intersecciones del plano vertical meridiano que contiene al sol y del plano meridiano del lugar. sena cosa = = cos δ senh cosh senl senh cosl cosh sen δ

28 Coordenadas solares Coordenadas horizontales Azimut (A) Altura solar (h) Ángulo formado por un rayo directo del sol con la tangente a la superficie de la tierra en el lugar considerado. sen h = senl sen δ + cosl cos δ cosh

29 Coordenadas solares Coordenadas horizontales aproximadas para Madrid, 40º N Azimut (A) de salida y puesta del sol Solsticio de verano: 120º (entre 4:30 y 5:00 horas) Solsticio de invierno: 60º (entre 7:00 y 7:30 horas) Equinoccios: 90º (6:00 horas) Altura solar (h) de culminación Solsticio de verano: 73,4º Solsticio de invierno: 26,6º Equinoccios: 50º

30 Coordenadas horizontales Azimut sena cosa = = cos δ senh cosh senl senh cosl cosh sen δ Altura solar sen h = senl sen δ + cosl cos δ cosh

31 Métodos gráficos: Cartas solares Plano de proyección Sol Bóveda celeste Tierra PROYECCIÓN ESTEREOGRÁFICA

32 Cartas solares Plano de proyección Sol Bóveda celeste Tierra Plano de proyección PROYECCIÓN ESTEREOGRÁFICA Sol Bóveda celeste Tierra PROYECCIÓN ORTOGRÁFICA

33 Cartas solares Plano de proyección Sol Plano de proyección Sol Bóveda celeste Tierra Bóveda celeste Tierra PROYECCIÓN GNOMÓNICA Plano de proyección PROYECCIÓN ESTEREOGRÁFICA Sol Bóveda celeste Tierra PROYECCIÓN ORTOGRÁFICA

34 Cartas solares Plano de proyección Sol Plano de proyección Sol Bóveda celeste Tierra Bóveda celeste Tierra PROYECCIÓN GNOMÓNICA Plano de proyección PROYECCIÓN ESTEREOGRÁFICA Bóveda celeste Plano de proyección Sol Sol Tierra Bóveda celeste Tierra PROYECCIÓN ORTOGRÁFICA PROYECCIÓN CILÍNDRICA

35 Carta estereográfica Altura solar Hora del día Trayectoria solar mensual Azimut

36 Carta estereográfica 40º

37 Norte Sur

38

39 Carta ortogonal 7:00-17:00 6:00-18:00 5:00-19:00 4:00-20:00 3:00-21:00 2:00-22:00 1:00-23:00 9:00-15:00 10:00-14:00 8:00-16:00 11:00-13:00 12:00 SOLSTICIO DE VERANO 23º 27' EQUINOCCIOS -23º 27' 24:00 LATITUD SOLSTICIO DE INVIERNO 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 3:00 9:00 2:00 10:00 1:00 11:00 24:00 12:00 90º N (Polo) 23:00 22:00 66º 63' N 21:00 20:00 (Círculo polar) 19:00 18:00 17:00 13:00 14:00 40º N 15:00 16:00(Madrid) 23º 27' N (Trópico) 0º (Ecuador) S.V. Eq. S.V. Eq. S.V. Eq. S.I. 90º N 66º 63' N 40º N 23º 27' N 0º (Polo) (Círculo polar) (Madrid) (Trópico) (Ecuador) S.I. S.V. Eq. S.I. S.V. Eq. S.I. S.V. S.V. Eq. S.V. Eq. S.I. S.V. Eq. S.I. S.V. Eq. S.I. Eq. S.I.

40 Carta cilíndrica Altura solar Hora del día Azimut Trayectoria solar mensual

41 Carta cilíndrica 21º

42

43 ALZADO 29º 36º Parcial: A1(0,75); A2(0,75); A3(0,50); A5(0,50); A8(0,25); B6(0,25); B4(0,25) Total: A4; A6 S 43º 23º 49º 41º PLANTA

44 Apéndice B Tablas B.1; B.2 y B.3

45 Parcial: A1(0,75); A2(0,75); A3(0,50); A5(0,50); A8(0,25); B6(0,25); B4(0,25) Para: β (inclinación): 30º Total: A4; A6 α (acimut): -15º Pérdidas por sombras (%): 3,17x0,75 + 3,17x0,75 + 2,70x0,50 + 1,84x0,50 + 0,89x0,25 + 1,51x0,25 +1,89x0,25 + 2,70x1 + 1,79x1= 13,02 > 10

46 Métodos experimentales: Heliodón

47 Métodos experimentales: Termoheliodón