simulaci³n cargas t©rmicas

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Describe los procedimientos de simulación de las cargas térmicas en un edificio

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TTULO Gua tcnica de procedimientos y aspectos de la simulacin de instalaciones trmicas en edificios

AUTOR La presente gua ha sido redactada por la Asociacin Tcnica Espaola de Climatizacin y Refrigeracin (ATECYR) para el Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa (IDAE), con el objetivo de promocionar la eficiencia en el uso final de la energa en los edificios. AGRADECIMIENTOS Agradecemos a todas las personas que han participado en la elaboracin de esta gua y en particular a D. Vctor Manuel Soto Francs y al Comit Tcnico de ATECYR responsable de su revisin tcnica.

..............................................................Esta publicacin est incluida en el fondo editorial del IDAE, en la serie Ahorro y Eficiencia Energtica en Climatizacin. Cualquier reproduccin, total o parcial, de la presente publicacin debe contar con la aprobacin del IDAE. Depsito Legal: M-00000-2008 ISBN: 000-00-00000-00-0

..............................................................

IDAE Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa c/ Madera, 8 E - 28004 - Madrid comunicacion@idae.es www.idae.es Madrid, xxxxx 2008

ndice1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.1 Conceptos bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2 Generacin de CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2 Tecnologas de la informacin TI aplicadas a la simulacin. . . . . . . . . . . . 292.1 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2 Historia y estado del arte en cuanto a programas de simulacin energtica de edificios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.3 El problema de la informacin y los actores que la generan . . . . . . . . . . . . . 30

3 Modelo matemtico para la simulacin trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.1 Conceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.2 Formacin de modelos-D de edificios. Geometra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.3 Formacin de modelos-D de edificios. Fsica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

4 RTS: Radiant Time Series, o mtodo de las series temporales radiantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 5 Sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655.1 Conceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 5.2 Modelo de definicin de sistemas en Energy+Plus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.3 Descripcin del modelo-D (definicin) de las aplicaciones para la calificacin de eficiencia energtica de edificios . . . . . . . . . . . . . . . . 77

6 Ejemplos de simulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .896.1 Ejemplos de modelos de edificios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

7 Herramientas informticas de simulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1057.1 Breve comentario sobre diversos programas de simulacin . . . . . . . . . . . . 105 7.2 Requerimientos mnimos de los programas de simulacin . . . . . . . . . . . . . 108

Anexo 1: Transferencia de calor por radiacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Anexo 2: Temperatura sol-aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

Anexo 3: Transferencia de calor unidimensional multicapa . . . . . . . . . . . . . . 153 Anexo 4: Obtencin de los factores de respuesta de muros a una excitacin diaria (24 h) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Anexo 5: Respuesta por el mtodo de la transicin de estados. . . . . . . . . . . 183 Anexo 6: Apndice. Factores de respuesta de una zona . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197Documentos y libros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 En Internet, Software de simulacin energtica de edificios . . . . . . . . . . . . . . . 197

contenidoLa actual normativa espaola (CTE Cdigo Tcnico de la Edificacin; RITE Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios y Real Decreto 47/2007 de Certificacin Energtica de Edificios de Nueva Construccin), surgen como consecuencia de la directivas europeas SAVE y EPBD para limitar la emisin de gases de efecto invernadero en lo que respecta a los edificios y as mitigar el calentamiento global y fomentar la eficiencia energtica de los edificios. Esta normativa ha dado lugar a que se desarrollen distintos programas informticos para verificar el cumplimiento de esta normativa (LIDER para el cumplimiento del CTE DB HE1) y CALENER (en lo que respecta a la certificacin energtica de edificios). Adems, dicha normativa permite el uso de otros programas alternativos reconocidos oficialmente. Esto implica algo nuevo, el uso de la simulacin del comportamiento trmico/energtico de los edificios con computadores personales PCs. Esto es consecuencia del desarrollo tecnolgico actal, que hace factible su uso generalizado y a que, en principio, es mucho ms econmico hacer una estimacin por ordenador que una medicin real de lo que consume cada edificio durante varios aos. Incluso permite tomar decisiones antes de construir el edificio que permiten ahorros difciles de conseguir a posteriori. El objetivo ltimo de la normativa es poder estimar el valor esperado de energa primara consumida (gas, gasleo, electricidad, solar, etc.) y su traduccin en kilogramos de CO2 no renovables (o fsiles) emitidos (programas oficiales CALENER). Aparecen, o se deben usar, conceptos y siglas que hasta ahora no se utilizaban en la prctica del da a da de la arquitectura y de la ingeniera. Conceptos como: Simulacin. Demanda de energa. Consumo de energa. Sistema. Eficiencia energtica de las instalaciones. Emisiones de CO2. Certificacin Energtica. Etc. Esta gua tiene por objetivo aclarar y definir todos estos conceptos y otros muchos, siguiendo en lo posible la nomenclatura de los estndares espaoles y europeos CEN, as como dar una visin aplicada y de lo que implica la simulacin.

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Gua tcnica Procedimientos y aspectos de la simulacin de instalaciones trmicas en edificios

La gua revisar el estado del arte sobre la simulacin de edificios. Se har especial nfasis en el DOE2 (programa de simulacin del departamento de energa de EE.UU. ya que es en el que se basan los programas LIDER y CALENER). Esta gua est dirigida a proporcionar al tcnico una ayuda para desarrollar su actividad en el futuro de acuerdo con los nuevos requisitos que la normativa y el planeta nos imponen.Se ha tratado de exponer los conceptos y su base matemtica de una forma amena e intentando remarcar el sentido fsico y prctico. Los anexos recogen las partes ms puramente matemticas. Finalmente indicar que esta rea es incipiente y que es muy previsible que evolucione rpida y fuertemente en un futuro cercano. El entorno es muy cambiante. El avance de las tecnologas de la informacin (IT) probablemente trate de integrar el trabajo de muchos de los profesionales que participan en el diseo, acondicionamiento trmico y mantenimiento de un edificio, as como las necesidades normativas de la administracin, en un nico marco de trabajo.

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Introduccin

El objeto de esta gua es exponer las claves acerca de la simulacin trmica de los edificios, mostrando los conceptos fundamentales que intervienen en la misma. Se pretende generar conocimiento en torno al estado del arte de la evaluacin del comportamiento del edificio desde la parte trmica. Antes de entrar en los detalles de la simulacin trmica cabra hacerse muchas preguntas: Dnde entra la simulacin en el contexto del diseo y construccin de un edificio? Qu profesionales se ven afectados y cmo? Cunto cuesta hacer la simulacin, qu esfuerzo hay que poner y qu se va a obtener a cambio? Por qu es necesaria? Cmo funciona el mercado del aire acondicionado, la ventilacin, la calefaccin y el A.C.S.?, etc. Antes que nada hay que decir que la energa trmica en la edificacin es un problema muy complejo, en el que hay involucrados muchos actores: la arquitectura, la ingeniera, la reglamentacin, los instaladores, el promotor, el cliente, las polticas energticas locales, nacionales y supranacionales, etc... Hasta la fecha los tcnicos slo se preocupaban y no siempre de encontrar los lmites superior (calefaccin) e inferior (refrigeracin) de la potencia o capacidad (kW=kJ/s) necesaria para mantener cierto local/es o recinto/s en el entorno de ciertas condiciones casi siempre referidas a la temperatura y humedad de dicho recinto. Para este fin aparecieron en el mercado los llamados programas de clculo de cargas trmicas por computadora. La dinmica del mercado focaliza as su inters tan slo en el diseo de la instalacin en condiciones lmite (capitalizacin) y se presta muy poco inters a su operacin (explotacin y mantenimiento). Dicho de otro modo: se responde a cmo de grande es la instalacin?, pero no a cmo va a funcionar a carga parcial y en el tiempo de vida til?

La primera cuestin afecta al funcionamiento de tan slo el 1% del tiempo, mientras que la otra afecta al 99% restante de la vida de la instalacin. A esto hay que aadir el hecho econmico. Si yo, como cliente, tan solo veo el coste inicial (el precio de las mquinas y de su instalacin) pero no veo el coste durante su vida til, mi proceso de optimizacin (ahorro), me

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