Solar air heater/es

Los calentadores solares de aire son sistemas que captan la energía solar y transfieren el calor al aire que circula, el cual se almacena o se utiliza para calentar espacios. Los colectores suelen ser negros para absorber más energía solar y un material conductor, generalmente metal, actúa como intercambiador de calor. Existen muchos diseños diferentes y los sistemas pueden incluir ventiladores para aumentar el caudal de aire. Como alternativa, se puede construir un colector pasivo de manera que, cuando el aire caliente asciende, atraiga aire fresco por la parte inferior. Los ventiladores suelen aumentar el rendimiento del sistema, pero requieren piezas adicionales y añaden complejidad. Los calentadores solares de aire pueden complementar los sistemas tradicionales de calefacción de interiores al proporcionar una fuente de calor limpia y gratuita (después de los costos iniciales). Si bien las nubes afectan la producción de energía del sistema, el metal almacenará energía en un día caluroso y reducirá el impacto de la nubosidad momentánea. Para obtener los mejores resultados, el sistema debe estar sin sombra y orientado en la dirección general del sol (sur para el hemisferio norte, norte para el hemisferio sur). ^{[ 1 ]}

En el Reino Unido, el 40% del consumo total de energía se destina a la calefacción de espacios. ^{[ 2 ]} Este porcentaje es el componente más grande del uso de energía y se puede reducir simplemente utilizando calentadores de aire solares como un medio para permitir que el sol caliente pasivamente nuestras áreas interiores sin consumir los recursos finitos de la Tierra.

Los beneficios financieros y ambientales de la implementación de calentadores de aire solares se pueden estimar mediante el uso de esta herramienta RETScreen que fue creada por el gobierno de Canadá y puesta a disposición gratuita de todo el mundo.

Materiales

Existen dos métodos comunes para crear un calentador solar de aire. El primero consiste en un diseño de lata de refresco y el otro dirige el aire a través de un canal en forma de serpiente. Ambos métodos utilizan materiales y herramientas similares, con pocas excepciones.

Ambos diseños requieren los siguientes materiales: ^{[ 3 ] [ 4 ]}

• Madera contrachapada
• Madera - 2"x4"
• Vidrio o plexiglás
• Sellador
• Aislamiento
• Pintura negra
• Moldura en "L" de aluminio
• Tornillos
• Perforar

Para construir un diseño de "serpiente", un trozo de chapa metálica como base ayudaría a aumentar la masa térmica y mejoraría la transferencia de calor al aire que pasa. También podría requerirse papel de lija.

Alternativamente, construir el diseño de la lata de refresco requiere una gran cantidad de latas de refresco y un mortero o pegamento para conectar las latas.

Tres formas básicas de calentadores

Diseño de lata de refresco ^{[ 5 ]}

1. Determinar las dimensiones de la unidad y construir una caja para la cantidad de filas de latas y para incluir aislamiento a lo largo de las paredes.
2. Construya la caja que servirá de base para el calentador de aire. Puede construirse con vigas de 5 x 10 cm y madera contrachapada como base.
3. Perfore un orificio en la parte superior de la unidad y, en la parte inferior, haga el mismo número de orificios que filas de latas (en el espacio de 5 x 10 cm) para que actúen como entradas y salidas de aire. Los orificios deben ser del mismo tamaño que la abertura de las latas.
4. La caja debe estar sellada en todos los bordes para evitar fugas de aire del sistema.
5. Se puede añadir aislamiento para reducir la cantidad de calor que sale de la unidad. El aislamiento se coloca a lo largo de las paredes interiores y se puede aplicar una segunda capa de sellador en los bordes.
6. Lave las latas de aluminio y luego perfore agujeros en la parte inferior de las latas de aluminio o se pueden cortar las partes superiores e inferiores.
7. Pinte la caja y las latas de color negro con una capa mate.
8. Conecte las latas en fila usando pegamento (las partes superiores conectadas a las inferiores generalmente encajan mejor)
9. Coloque las filas de latas en sus respectivas posiciones en la caja y agregue sellador alrededor de los orificios de entrada de aire.
10. Coloque la lámina de vidrio o plexiglás en la parte superior de la unidad para completar la caja y encerrar el sistema. Fije el material con la moldura de aluminio en forma de "L".

Diseño de serpiente ^{[ 6 ]}

1. Determine las dimensiones de la unidad y construya una caja para incluir aislamiento a lo largo de las paredes.
2. Construya la caja como base para el calentador de aire. Puede construirse con vigas de 5 x 10 cm y madera contrachapada como base. Como alternativa, usar una lámina metálica como base mejoraría significativamente la transferencia de calor de la unidad.
3. Perfore un orificio en la parte superior e inferior de la unidad (en una pieza de 2" x 4" o de madera contrachapada) para que actúe como corrientes de entrada y salida de aire.
4. La caja debe estar sellada en todos los bordes para evitar fugas de aire del sistema.
5. Se puede añadir aislamiento para reducir la cantidad de calor que sale de la unidad. El aislamiento se coloca a lo largo de las paredes interiores y se puede aplicar una segunda capa de sellador en los bordes.
6. Agregue deflectores colocando piezas adicionales de 2" x 4" perpendiculares al flujo de aire que no abarquen todo el ancho de la unidad, sino que alternen entre tocar las paredes "izquierda" y "derecha".
7. Pinta la caja y los deflectores de color negro usando una pintura mate.
8. Coloque el vidrio o plexiglás para encerrar la unidad y ajuste la altura de los deflectores para que encajen perfectamente contra el vidrio. Esto se puede hacer con papel de lija o aplicando sellador según sea necesario.
9. Coloque la lámina de vidrio o plexiglás en la parte superior de la unidad para completar la caja y encerrar el sistema. Fije el material con la moldura de aluminio en forma de "L".

Diseño de bajantes ^{[ 7 ]}

1. Similar al diseño de la lata de refresco.
2. Determine las dimensiones de la unidad y construya una caja para la cantidad de filas de bajantes y para incluir aislamiento a lo largo de las paredes (agregar aislamiento a la caja de madera agrega muy poco calor y aumenta el costo).
3. Perfore un orificio en la parte superior e inferior de la unidad (en una pieza de 2" x 4" o de madera contrachapada) para que actúe como corrientes de entrada y salida de aire.
4. La caja debe estar sellada en todos los bordes para evitar fugas de aire del sistema.
5. Se puede añadir aislamiento para reducir la cantidad de calor que sale de la unidad. El aislamiento se coloca a lo largo de las paredes interiores y se puede aplicar una segunda capa de sellador en los bordes.
6. Agregue deflectores colocando piezas adicionales de 2" x 4" perpendiculares al flujo de aire que no abarquen todo el ancho de la unidad, sino que alternen entre tocar las paredes "izquierda" y "derecha".
7. Pinta la caja y los deflectores de color negro usando una pintura mate.
8. Coloque el vidrio o plexiglás para encerrar la unidad y ajuste la altura de los deflectores para que encajen perfectamente contra el vidrio. Esto se puede hacer con papel de lija o aplicando sellador según sea necesario.
9. Coloque la lámina de vidrio o plexiglás en la parte superior de la unidad para completar la caja y encerrar el sistema. Fije el material con la moldura de aluminio en forma de "L".

Ubicaciones y ángulos óptimos

• Meteonorm : proporciona una referencia visual para comprender cuánta energía recibe su ubicación geográfica del sol.
• Buscador de trayectoria solar : ayuda a determinar en qué ángulo debe colocarse el colector, según su ubicación
• Weatherbase : tiene una gran base de datos de temperatura y datos meteorológicos que podrían ser útiles para conocer más sobre sus necesidades de calefacción y refrigeración.
• Informe sobre eficiencia : una investigación sobre la eficiencia de los calentadores solares de aire en climas fríos

Costos estimados

El costo de construir un calentador solar de aire varía significativamente según si los materiales se compran nuevos o se recuperan. Además, la decisión entre vidrio y plexiglás tiene un gran impacto en el costo total del sistema. Finalmente, existen otros factores como el uso de un ventilador, paneles solares , batería de respaldo, cables y láminas metálicas que podrían incorporarse al diseño y, sin duda, aumentarían el presupuesto.

En general, se puede construir un sistema básico por aproximadamente $95, que se podría reducir fácilmente si se es ingenioso al reunir los componentes. Por ejemplo, vea este calentador solar construido con materiales recuperados: Calentador solar casero en Love and Trash .

Problemas de diseño

La convección natural durante un día soleado permite que el calefactor extraiga aire frío de la habitación, lo caliente y lo expulse de nuevo como aire caliente. Por la noche y en días nublados, ocurre lo contrario: el calefactor extrae aire de la habitación, lo enfría y lo devuelve a la habitación. Un calefactor solar debe tener la capacidad de sellar completamente el flujo de aire. Para que este calefactor sea realmente útil para quienes no están en casa todo el tiempo, debe poder abrir la ventilación sellada cuando la temperatura ambiente supere la temperatura ambiente, sin intervención humana. Lo mismo debería aplicarse a los calefactores con ventilador. El ventilador debe encenderse y apagarse automáticamente. Hasta que estos problemas se resuelvan de forma económica, los calefactores solares no se generalizarán.

La afirmación anterior es falsa, ya que si se generara una corriente de aire inversa cuando la temperatura de la habitación es mayor que la del interior del calentador, el calor extraído del aire de la habitación durante el flujo de aire inverso se mantendría dentro del calentador solo por un corto tiempo, ya que finalmente se emitiría al mismo ambiente exterior. Dicho ambiente alrededor del calentador se encuentra, por supuesto, dentro de la habitación donde se encuentra.

Para abordar la posibilidad de un flujo de aire inverso, primero considere que el aire caliente tendría que ascender a través del aire más frío del calentador, pero si el aire se enfriase en su camino hacia arriba para ser más frío que el de la habitación, el aire no fluiría hacia arriba.

Al considerar el flujo de aire descendente, es cierto que el aire frío se asienta al ser desplazado por aire más cálido. El calefactor no tendrá aire más frío, ya que asumimos que está completamente dentro de la habitación y, por lo tanto, no puede haber pérdida de calor en relación con la habitación, ya que si cede calor, lo estará cediendo a la habitación. Si el calefactor compartiera su superficie de plástico con una ventana exterior, podría haber una corriente durante la noche, ya que el calor del interior se intercambia con el exterior a través de la ventana, que actúa como intercambiador de calor.

Diseños alternativos

Para mejorar la durabilidad de su unidad, se puede añadir un revestimiento protector al cristal para prolongar su vida útil frente a los elementos.

También puedes intentar aumentar la turbulencia del flujo de aire añadiendo deflectores a las latas de refresco. Esto debería ayudar a incrementar la transferencia de calor del metal al aire.

Además, no dude en consultar o contribuir en cualquiera de los siguientes foros en línea sobre calentadores de aire solares:

• Foros de la Asociación de Tecnología Alternativa
• Foro de energía solar.net
• Instrucciones
• Transition Victoria: Una iniciativa regional

de videos

Aquí hay un par de videos instructivos para ayudarlo a construir un calentador de aire solar y tal vez incluso inspirarse para mejorar los diseños.

Referencias