The roofs of houses located at middle latitudes receive significant solar radiation useful to supply their own energy demands and to feed back into the urban electricity network. However, solar panels should be properly integrated into roofs. This study analyzed roof geometry and integrated solar performance of Photovoltaic, thermal-photovoltaic, and hybrid solar collection technologies on dwelling cases selected from a sample of recent housing developments in Concepción, Chile. Hour-by-hour energy generation estimates and comparisons with demand levels were calculated for representative days during seasons of maximum, minimum as well as mid-season. These estimates took into account the roof tilt and orientation effects also. Trnsys@ software was used to determine electricity supply and F-Chart tool for thermal energy supply. The results show five times more panels can be placed on the largest and most regular shaped roof sections than on those with the smallest and most irregular shapes. The house model with the largest roof section can provide up to six times more energy than the model with the smallest second roof section in different seasons and systems. This paper thus provides new findings on the performance of solar technologies when related to home energy demands and roof geometry.

Se revisa la integración arquitectónica de sistemas de energía solar activa (colectores híbridos con aire) en techumbres de viviendas unifamiliares recientes en Concepción, Chile, determinando la influencia de la composición volumétrica de faldones captadores. Se descifra la incidencia de orientación e inclinación respecto a trayectoria solar, considerando que si bien es recomendable enfrentar al ecuador, permite desviaciones importantes (hasta de 50 º e incluso en 90 º en azimut, dependiendo de inclinación). Se concluye que, la irradiación recolectada en invierno, satisface entre 73 % y 39 % de la demanda doméstica total con irradiación presente en faldones promedio de Ala de Mayor Dimensión (AMD) y Segunda Ala de Mayor Dimensión (SAMD). Luego se revisa la posible implementación Colectores Híbridos Térmicos Fotovoltaicos con fluido aire (BIPVTa) en casos extremos de capacidad por tamaño y geometría de los faldones. En la techumbre de mayor capacidad el abastecimiento alcanza el 585 % de la demanda eléctrica en verano y 41 % en invierno. Contrariamente, la configuración menos favorable en día promedio de verano, abastece el 185 % de la demanda eléctrica y en invierno se prevé solo un 10 %. Se encuentra finalmente que una vivienda con costados extensos, promueven faldones más amplios y aptos para captación solar activa.  Architectural integration of active solar energy systems (hybrid collectors with air) on dwelling´s roofs is reviewed, in recent single housing of Concepcion, Chile. Influence of volumetric configuration of roof and sides is identified. Also roof azimuth incidence was reviewed establishing that considerable deviations are allow without losing high irradiation rates. It is concluded that irradiation levels between 73% and 39% of the domestic demand in a winter day is available on average Largest Roof Section (LRS) or Second Larger Roof Section (SLRS) indexes. Then, Building Integration Photovoltaic & Thermal with Air Cooling technology was hypothetically displayed in the highest LRS house and in the lower SLRS house. These analysis showed that, LRS case production reach a 585% of the electricity demand an average day of summer and 41% in winter. Considering the SLRS case, energy production of 185% of the electricity demand is expected an average day of summer, but in a winter day only 10%. Finally, a relationship between long sides of building to get larger roof sections for active solar potential was found. Es revisa la integració arquitectònica de sistemes d'energia solar activa (col·lectors híbrids amb aire) als sostres d'habitatges unifamiliars recents a Concepción, Xile, determinant la influència de la composició volumètrica de faldons captadors. Es desxifra la incidència d'orientació i inclinació respecte a trajectòria solar, considerant que si bé és recomenable enfrontar a l'equador, permet desviacions importats (fins a 50º i inclús 90º d'azimut, depenent d'inclinació). Es conclou que la irridiació col·lectada a l'hivern satisfà entre 73% i 39% de la demanda domèstica total amb irridiació present a faldons promig d'Ala de Major Dimensió (AMD) i Segona Ala de Major Dimensió (SAMD). Després es revisa la possible implementació de Col·lectors Híbrids Tèrmics Fotovoltaics amb fluïd d'aire (BIPVTa) en casos extrems de capacitat per mida i geometria dels faldons. Als sostres de major capacitat l'abastiment arriba al 585% de la demanda elèctrica a l'estiu i al 41% a l'hivern. Contràriament, la configuració menys favorable en un dia promig d'estiu abasteix el 185% de la demanda elèctrica i a l'hivern es preveu només un 10%. Es troba, finalment, que un habitatge amb costats extensos, promouen faldons més amplis i aptes per captació solar activa.

RESUMENUna correlación matemática para determinar el coeficiente convectivo de materia durante la evaporación de agua desde la superficie húmeda, fue desarrollada para su aplicación con aire húmedo con bajas diferencias sicrométricas y temperaturas del aire sobre los 60ºC.La teoría clásica para determinar coeficientes convectivos de calor y de materia, a través de parámetros adimensionales y de las analogías fenomenológicas difusivas, tienen validez sólo para aire seco.En el secado de sólidos, donde se requiere controlar las tasas de secado para evitar un daño físico en el producto, se impone la necesidad de operar con temperaturas bulbo húmedo por sobre los 40ºC o diferencias sicrométricas moderadas. En esos rangos, las expresiones que relacionan los coeficientes convectivos de calor y materia, presentan errores que varían entre 26% y 113% para temperatura de bulbo húmedo entre 30ºC y 70ºC con diferencia sicrométrica de 10ºC.La expresión formulada para esta aplicación, se plantea como una función de: el coeficiente convectivo de transferencia de calor, la temperatura bulbo húmedo y la diferencia sicrométrica. Los resultados obtenidos permiten establecer que, para las condiciones extremas de temperatura de bulbo húmedo y diferencia sicrométrica antes señalada el error se sitúa entre -1.4% a 2.14%, respecto del obtenido a partir de la metodología clásica.La correlación obtenida es de forma polinomial, de fácil operación y viable de ser incorporada a cualquier modelo de simulación para la predicción de la dinámica del secado.

No abstract

In 2019, Chile generated 20 million tons of waste, 79% of which was not properly disposed of, thereby providing an attractive opportunity for energy generation in advanced thermochemical conversion processes. This study presents a techno-economic and environmental assessment of the implementation of Waste-Integrated Gasifier-Gas Turbine Combined Cycle (WIG-GTCC) technology as an alternative for Municipal Solid Waste (MSW) treatment. The studied case assesses the conversion of 14.61 t·h−1 of MSW, which produces a combustible gas with a flow rate of 34.2 t·h −1 and LHV of 5900 kJ·kg−1, which, in turn, is used in a combined cycle to generate 19.58 MW of electrical power. The proposed economic assessment of the technology uses the energy generation processes as a reference, followed by a model for an overall economic evaluation. The results have shown that the profit could be up to USD 24.1 million, and the recovery of investment between 12 and 17 years would improve the environmental impacts of the current disposal technology. The WIG-GTCC has the most efficient conversion route, emitting 0.285 kg CO2 eq/kWh, which represents 48.21% of the potential yield of global warming over 100 years (GWP100) of incineration and 58.51% of the GWP100 of the standard gasification method. The WIG-GTCC would enable the energetic valorization of MSW in Chile, eliminate problems associated with landfill disposal, and increase opportunities for decentralized electricity generation.