Càlcul energètic. Balanç i variabilitat

Clase preparada por Jaume Roset Calzada para el curso MIDERA.

21 de Febrero de 2011

Motivación:Motivación:

• ¿Por qué calcular en arquitectura?

• Cálculos sencillos / cálculos simples

• El trabajo del grupo AEM

• El uso de material de la asignatura CiS II

PLANTEJAMENT GENERAL30T (ºC)

CONDICIONAMENT I SERVEIS II TEMA 7: CÀLCUL CLIMÀTIC : 1

25

15

20

10

15

5

01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

temps

càlcul del balanç tèrmic:

mitjana de pèrdues = mitjana de guanys

àl l d l i bili è icàlcul de la variabilitat tèrmica:

l’oscil·lació a l’interior és funció de l’exterior, del canvi d’altres condicions i de la inèrcia

1. Cambio de la media

2. Reducción de la oscilación y desfase de los máximos

12

14

16

6

8

10

12

0

2

4

0 5 10 15 20 25 30

EL BALANÇ

CONDICIONAMENT I SERVEIS II TEMA 7: CÀLCUL CLIMÀTIC : 2

mitjana de pèrdues = mitjana de guanys

GI

D GG

(per un mes determinat: gener / juliol)

DITT ei

DIGT

ΔT = T mitja interior – T mitja exterior

GTT ei

ΔT T mitja interior T mitja exterior

Ti = temperatura mitja interior, en ºC

Te = temperatura mitjana exterior per al mes considerat, en ºC

G = pèrdues per grau i per m3 de volum habitable, en W/(ºC m3)p p g p , /( )

I = guanys mitjans per radiació solar, en W/m3 de volum habitable

D = aports interns per m3 de volum habitable, en W/m3

GUANYS MITJANS PER RADIACIÓ SOLAR

CONDICIONAMENT I SERVEIS II TEMA 7: CÀLCUL CLIMÀTIC : 2

I = guanys de radiació solar per m3 de volum habitable, en W/m3

Sfs = superfície equivalent de finestra a sud, en m2/m3

Rv radiació mitja en un pla vertical a sud en W/m2

vfsRSI

SUPERFÍCIE EQUIVALENT DE FINESTRA A SUD

Rv = radiació mitja en un pla vertical a sud, en W/m2

valors típics: gener = 125 W/m2 juliol = 104 W/m2

h

iiifs V

CRγSS

fí 2

SUPERFÍCIE EQUIVALENT DE FINESTRA A SUD

Si = superfícies captores, en m2

γi = coeficient de captacióvalors per a sistemes directes = 0,4 – 0,7

l i t i di t fi i t d’ b ióera·

valors per a sistemes indirectes a = coeficient d’absorciór = resistències al pas del calor

CRi = coeficient segons l’orientació i les obstruccions

ie rrγ

i

Sud E/O Nord Coberta

gener 1 0,4 0 0,6

juliol 1 1,8 0,6 2,2

Vh = volum habitable, en m3

APORTS MITJANS INTERNS

CONDICIONAMENT I SERVEIS II TEMA 7: CÀLCUL CLIMÀTIC : 2

b d’ l t d l

24·V·nh·en

Dh

iiini = nombre d’elements que desprenen calor

ei = energia que desprèn cada element, en W

nhi = nombre d’hores diàries de funcionamenti

el resultat final del càlcul del balanç ens informa de la temperatura mitja mensual de l’edifici amb funcionament natural, en el mes més fred (gener) i en el més càlid (juliol)

GGG COEFICIENT D’INTERCANVI TÈRMIC

CONDICIONAMENT I SERVEIS II TEMA 7: CÀLCUL CLIMÀTIC : 2

G = pèrdues per grau i m3 de volum habitable Gt = pèrdues per transmissió, per grau i m3 de volum habitableGv = pèrdues per ventilació, per grau i m3 de volum habitable

vt GGG

iiiUS COEFICIENT D’INTERCANVI PER TRANSMISSIÓ

h

iiit VG

Si = superfícies de la pell, en m2

Ui = coeficient de transmissió de la calor, en W/(ºCm2), /( )αi = coeficient de situació de la superfície

α Sud E/O Nord Pati Coberta Terra Locals

gener 0,9 1 1,1 0,8 1,2 0,4 0,5

j li l 1 1 1 0 8 0 9 1 2 0 0 6

hGCOEFICIENT D’INTERCANVI PER VENTILACIÓ

juliol 1 1,1 0,8 0,9 1,2 0 0,6

rhGv 29,0

rh = volum horari d’intercanvi d’aire, en m3/(m3h)valors típics: gener = 0,5 - 2,5 juliol = 6 - 12

mínims higiènics de 10 a 15 m3 per hora i personacomprovable amb infiltracions d’aire (1,5 a 5 m3 per m lineal d’escletxa)

LA VARIABILITAToscil lació interior (oscil lació exterior+oscil lació de les condicions) factor d’inèrcia

CONDICIONAMENT I SERVEIS II TEMA 7: CÀLCUL CLIMÀTIC : 3

oscil·lació interior=(oscil·lació exterior+oscil·lació de les condicions)·factor d inèrcia

IG

I

D GG

MGt

ei eGDI

GDITT

'·

1·'

''

Δ Ti = oscil·lació de la temperatura interior, en ºC

Δ Te = oscil·lació efectiva de la temperatura exterior, en ºC

GG

e p ,

G = pèrdues per grau i per m3 de volum habitable, en W/(ºC m3)

I guanys mitjans per radiació solar en W/m3 de volum habitable

3minmax TTTe

I = guanys mitjans per radiació solar, en W/m3 de volum habitable

D = aports interns per m3 de volum habitable, en W/m3

G’, I’, D’ = valors d’aquests paràmetres en el període de la variació (durant la nit o en dies extremats)

I’ serà 0 si tota la captació és directa, valdrà I si tota és indirecta i en altres casos caldrà fer la mitjana.

t = temps que dura la variació, en segons

MASSA TÈRMICA UNITARIA

CONDICIONAMENT I SERVEIS II TEMA 7: CÀLCUL CLIMÀTIC : 3

V l d l t i l i t i 3

h

iii

VCtceV

M ···

Vi = volum dels materials interiors, en m3

ρi = densitat, en kg/m3

cei = calor específic, en joules/(ºC·kg)i p , j /( g)(ce=840 per a materials normals; ce=4186 per a l’aigua)

Ct = factor de temps(cicle dia-nit=0,6; cicle seqüencial=0,7)

Vh = volum habitable, en m3

EL CÀLCUL INFORMÀTIC

CONDICIONAMENT I SERVEIS II TEMA 7: CÀLCUL CLIMÀTIC : 4

30T (ºC)

25

30T (ºC)

20

15

5

10

0

5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15temps

programa ARCHISUN

Referència principal: CONDICIONAMENT I SERVEIS II

TEMA 7TEMA 7CÀLCUL CLIMÀTIC

com avaluar el comportament climàtic dels espais arquitectònics