Estudio computacional de un sistema de acumulación estructural orientado a refrescamiento bioclimático

Abstract

Frente al elevado consumo energético del sector edilicio y a fines de mitigar el estrés térmico considerando las proyecciones climáticas futuras poco favorables, en particular para la región Noroeste de Argentina, los sistemas de activación térmica (TABS) constituyen una potencial estrategia bioclimática. Para determinar el desempeño termo-energético de estos elementos constructivos, su influencia en el comportamiento térmico del edificio en general y definir las condiciones de control y operación más adecuadas, es necesario implementar modelos computacionales que puedan captar de manera precisa la transferencia de calor a través de estos sistemas. Se presenta un modelo físico- computacional basado en el método numérico de Diferencias Finitas Implícito y programado en lenguaje Python. El mismo fue validado frente a datos experimentales recopilados de la bibliografía, obteniéndose un buen grado de ajuste para los resultados simulados. El mayor valor del error cuadrático medio normalizado fue de 11 %. Por otro lado, mediante un estudio paramétrico, se determinó que los factores más influyentes en la capacidad de enfriamiento del sistema son la temperatura del agua de suministro y la separación entre tubos. Se estimó que, para ciertas condiciones, un piso con TABS absorbe 1.66 MJ/m2 de energía diaria extra con respecto a un piso de iguales características sin el sistema de activación térmica. En términos comparativos, el potencial de remoción de calor es de 20 a 30% mayor en un TABS superior (losa) que en uno inferior (piso).

Considering the discouraging climate projections, thermally activated systems (TABS) represent a potential bioclimatic strategy to reduce the large energy consumption of the building sector and to mitigate the thermal stress, particularly for the Northwest region of Argentina. Computational models are a necessary tool to study the heat transfer phenomenon in TABS. They allow one to determine the thermo-energetic behavior of these systems and their influence on the thermal response of a building, and to establish the most suitable control and operation conditions. A physic-computational model based on implicit finite difference method and implemented in a Python code is presented. Experimental data from the literature was used to validate the model, and the fit degree between estimated and measured data is considered acceptable. The maximum value of the normalized root mean squared error was 11%. In addition, a parametric study was carried out, and it was found that the most influential parameters are the temperature of the water flow and the pipe spacing. Under certain conditions, it was determined that a TABS radiant floor absorbs an additional 1.66 MJ/m2 of daily energy compared to a regular floor with the same constructive characteristics but without embedded pipes. Also, it was determined that a ceiling TABS has a higher potential of heat removal, between 20 to 30%, than a floor TABS.