Análisis numérico y experimental de un intercambiador de calor tierra-aire
Autores: Diedrich, Carlos Henrique; Santos, Gerson Henrique dos; Carraro, Gustavo Chaves; Dimbarre, Victor Vaurek; Alves, Thiago Antonini
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Demanda de energía
Intercambiador de calor tierra-aire
Dinámica de fluidos computacional
Software ANSYS/Fluent
Sistema de aire acondicionado
Temperatura del suelo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 8
Citaciones: Sin citaciones
Los edificios son responsables de una gran parte de la demanda de energía en todo el mundo. Para colaborar en la reducción de esta demanda, este documento tiene como objetivo presentar un modelo computacional para analizar el rendimiento de un intercambiador de calor tierra-aire (EAHE) basado en dinámica de fluidos computacional utilizando el software ANSYS/Fluent en las simulaciones. Este sistema de aire acondicionado pasivo utiliza el suelo como intercambiador de calor, aprovechando el hecho de que la temperatura del suelo a cierta profundidad se mantiene relativamente constante, independientemente de las condiciones climáticas en la superficie, promoviendo calefacción, refrigeración o ventilación para los edificios. Los valores de temperatura del aire obtenidos se compararon con datos experimentales de sensores instalados en un EAHE en la Universidad Federal de Tecnología-Paraná, Ponta Grossa/Brasil (25.1 grados Sur, 50.16 grados Oeste) para validar el modelo computacional. Se requeriría un alto esfuerzo computacional para realizar estas simulaciones que involucran todo el dominio del suelo y las condiciones de frontera climáticas. Con el fin de optimizar el análisis numérico del EAHE, se verificaron dos modelos reducidos para los dominios del suelo y del intercambiador de calor. Primero, se impuso una temperatura constante de 23.7 grados C en la superficie del tubo del intercambiador, correspondiente a la temperatura promedio del suelo a una profundidad de 1.5 m. Posteriormente, se consideró un dominio de suelo reducido que se extiende 0.5 m en todas las direcciones desde la serpentina del intercambiador de calor. Asimismo, se impusieron temperaturas constantes en las superficies superior e inferior del dominio del suelo, también obtenidas experimentalmente. En ambos casos, los valores de temperatura obtenidos a través de las simulaciones rápidas mostraron una buena concordancia en comparación con los valores experimentales. Apenas explorado en la literatura, también se comparó el comportamiento térmico de los dos ambientes interiores idénticos en la universidad, en los cuales el ambiente climatizado, con el EAHE funcionando en un circuito cerrado, obtuvo temperaturas de aire más suaves y de menor amplitud.
Descripción
Los edificios son responsables de una gran parte de la demanda de energía en todo el mundo. Para colaborar en la reducción de esta demanda, este documento tiene como objetivo presentar un modelo computacional para analizar el rendimiento de un intercambiador de calor tierra-aire (EAHE) basado en dinámica de fluidos computacional utilizando el software ANSYS/Fluent en las simulaciones. Este sistema de aire acondicionado pasivo utiliza el suelo como intercambiador de calor, aprovechando el hecho de que la temperatura del suelo a cierta profundidad se mantiene relativamente constante, independientemente de las condiciones climáticas en la superficie, promoviendo calefacción, refrigeración o ventilación para los edificios. Los valores de temperatura del aire obtenidos se compararon con datos experimentales de sensores instalados en un EAHE en la Universidad Federal de Tecnología-Paraná, Ponta Grossa/Brasil (25.1 grados Sur, 50.16 grados Oeste) para validar el modelo computacional. Se requeriría un alto esfuerzo computacional para realizar estas simulaciones que involucran todo el dominio del suelo y las condiciones de frontera climáticas. Con el fin de optimizar el análisis numérico del EAHE, se verificaron dos modelos reducidos para los dominios del suelo y del intercambiador de calor. Primero, se impuso una temperatura constante de 23.7 grados C en la superficie del tubo del intercambiador, correspondiente a la temperatura promedio del suelo a una profundidad de 1.5 m. Posteriormente, se consideró un dominio de suelo reducido que se extiende 0.5 m en todas las direcciones desde la serpentina del intercambiador de calor. Asimismo, se impusieron temperaturas constantes en las superficies superior e inferior del dominio del suelo, también obtenidas experimentalmente. En ambos casos, los valores de temperatura obtenidos a través de las simulaciones rápidas mostraron una buena concordancia en comparación con los valores experimentales. Apenas explorado en la literatura, también se comparó el comportamiento térmico de los dos ambientes interiores idénticos en la universidad, en los cuales el ambiente climatizado, con el EAHE funcionando en un circuito cerrado, obtuvo temperaturas de aire más suaves y de menor amplitud.