3. Método de investigación y modelación
3.4. Simulation Studio TRNSYS
El modelo desarrollado en Simulation Studio se realizó con la opción de edificio multizona 3D que trae por defecto TRNSYS. Con esta configuración es posible crear un proyecto de manera fácil y rápida. La figura 3.6 muestra de manera simple como el modelo funciona; el componente del archivo meteorológico junto a los componentes de ecuaciones que rigen ciertos inputs, están unidos al Tipo 56 el cual se conecta al componente de impresión que arroja un archivo Excel con los resultados.
Figura 3.6:Diagrama de flujo de la implementación en TRNSYS.
(Fuente: Elaboración propia.)
El componente multizona ha sido configurado con entradas extras a las entradas estándar requeridas por el componente. La Tabla 3.3 muestra las variables ingresadas al Tipo 56, las cuales son explicadas a continuación.
Tabla 3.3:Variables de entrada extra para el componente Tipo 56
Variable Nombre input Valor Temp. del suelo Tground Temp. ambiente
Coeficiente de convección Houtside 3,6·(3,8V+7,4) Infiltración INF1 1 INF2 1 INFS 0.3
Temp. de control Theat 18
Temperatura del suelo y temperatura ambiente
Las murallas y el piso en contacto con la tierra presentan desafíos particulares. Las condiciones de borde para las superficies exteriores en contacto con la tierra requieren de una temperatura de suelo precisa. Ingresando las propiedades de las superficies como se planean construir y conectando la temperatura de contorno a la temperatura ambiente sobre estimará la transferencia de calor. Usando las mismas propiedades de la superficie y conectándolo a la temperatura bajo el suelo no captará correctamente las variaciones en la transferencia de calor.
La forma más adecuada de simular la transferencia de calor a través de una superficie en contacto con el suelo sería usando un modelo detallado de transferencia de calor en 3D para la temperatura del suelo. Sin embargo, realizar este modelo requiere de conocimientos y herramientas de análisis que escapan del alcance de esta memoria.
Existen varios métodos simplificados para estimar la transferencia de calor mediante una superficie en contacto con la tierra y uno de ellos es el método del factor F-ASHRAE. En este método, la transferencia de calor es estimada por la ecuación Ecuación 3.1:
q=F·P(Ti−Ta) (3.1)
Dondeq es la transferencia de calor,F es el factor de pérdida de calor del perímetro,Pes el perímetro expuesto de la superficie,Ties la temperatura interior yTaes la temperatura ambiente. Los factores F están
disponibles en tablas en el apéndice A del ASHRAE Standard 90.1. (ASHRAE,2004). Para una superficie en contacto con el suelo (como una losa) con 12 pulgadas de espesor vertical con aislación R10, el factor F es 0.58 Btu/h ft (1.004 W/m K). Por otra parte, la transferencia de calor en Trnsys es calculada con la Ecuación 3.2
q=U·A(Ti−Ta) (3.2)
Donde U es el coeficiente global de transferencia de calor para una pared y A es el área de la pared. Las ecuaciones 3.1 y 3.2, se combinan en la Ecuación 3.3:
U·A=F·P (3.3)
Al despejar el coeficiente global de transferencia de calor U, se debe ajustar el espesor de la pared en contacto con la tierra hasta igualar el valor u del software con el valor obtenido de la Ecuación 3.3. La configuración se realiza en el panel de gestión de paredes en TRNBUILD.
Coeficiente de convección
coeficiente de convección [W/m2K] basado en la velocidad del viento: hc,ext=5,678 " m+n Vf 0,3048 !p# (3.4)
Con m=1,09; n=0,23 y p=1 para superficies rugosas.
La ecuación Ecuación 3.4 puede ser linearizada a la ecuación Ecuación 3.5, con un error de hasta un 3 % para velocidades de hasta 15 m/s (Mirsadeghi et al.,2013):
hc,ext=3,8Vloc+7,4 (3.5)
El coeficiciente de convección linearizado se aplica para todas las superficies externas, incluyendo muros exteriores, ventanas, techos y pisos ventilados.
Infiltración
Como se mencionó en la sección 3.3, la infiltración juega un rol importante a la hora de determinar la carga térmica de una vivienda. Se definieron tres variables de infiltración para el primer piso, el segundo y tercer piso, y la sede. Para todos los pisos se definió arbitrariamente un intercambio de aire equivalente a 1.0 volumen por hora mientras que para la sede se definió un intercambio de aire de 0.3 volumen por hora.
Temperatura de control
Los requerimientos energéticos de una persona para sentir una temperatura ambiente agradable están asociados a un cierto nivel de confort térmico. El concepto de confort térmico fue abordado por primera vez porHensen et al.(1991) y lo definió como “un estado en el cual no existen impulsos para modificar el ambiente por el comportamiento", mientras que la Asociación Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire acondicionado (ASHRAE por sus siglas en inglés) la definió como “condición de la mente en la que la satisfacción se expresa con la condición termal del ambiente"(ASHRAE,2004). De esta forma, la percepción de confort es influenciada por factores personales como humor, cultura y otros individuales, organizacionales y sociales.
Desde estas definiciones, se extrae que el confort térmico no es una condición de estado, sino que un estado mental, lo que deja abierta la posibilidad a un abanico de opciones para establecer el nivel de satisfacción de un individuo. Este estado está directamente asociado al proceso cognitivo de juicio de
satisfacción, involucrando distintos inputs influenciados por factores físicos, fisiológicos y psicológicos, entre otros (Lin y Deng,2008).
A partir de esta idea, es posible estudiar el confort térmico de una vivienda a partir de lo que se defina como sensación de agrado para la temperatura ambiente interior. Como se estableció anteriormente, la pobreza energética está asociada a una falta de confort térmico al interior de una vivienda, produciendo una disminución en la satisfacción y el bienestar de una persona. Para este estudio, el nivel de satisfacción térmica mínima es de 18 °C y será asociada a la temperatura ambiente interna de cada zona estudiada.