Modelo analítico para estimar el consumo energético para climatización de viviendas en régimen dinámico

Abstract

La necesidad de elaborar un procedimiento a nivel nacional de etiquetado de eficiencia energética de inmuebles invita a validar modelos de cálculo de requerimientos de energía para climatización. Los modelos estacionarios no contemplan las variaciones horarias de temperatura y radiación, los modelos de simulación dinámica si bien las contemplan, requieren de recursos y mucha formación por parte de los profesionales. Se propone un modelo que contempla los efectos dinámicos, basado en la linealización del intercambio por radiación y la aproximación de las variables temperatura ambiente y radiación solar con una serie de Fourier hasta el quinto armónico, lo que permite obtener soluciones analíticas. Se presenta el estudio del comportamiento de un muro con el modelo propuesto y se comparan estos resultados con una simulación mediante elementos finitos con el software COMSOL Multiphysics, como validación de la metodología propuesta, obteniendo una diferencia del orden del 5% en promedio en sus efectos sobre la cara interna del muro.

The need for developing a national procedure for building energy efficiency labelling gives an opportunity to validate models used to calculate the energy requirements for climatization. Stationary models do not take into account the hourly variation of temperature and solar radiation; dynamic models, although include this variation, demand computer resources and professional background. In this work, a model, which includes dynamic effects is presented. It is based on the linearization of the radiant heat exchange and on the approximation of ambient temperature and solar radiation by a Fourier series truncated to the fifth harmonic which allows to obtain an analytical solution. To validate the proposed method, the heat flux through a wall was calculated and the results were compared with those obtained with COMSOL Multiphysics by finite element analysis. Different configurations were analyzed and difference of 5% on average was obtained for the effects on the inner surface of the wall.