Desarrollo e implementación de un modelo de simulación de instalaciones térmicas en la edificación

• Autores: Juan Luis Foncubierta Blázquez
• Directores de la Tesis: Ismael Rodríguez Maestre (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Cádiz ( España ) en 2014
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Manuel María Ruiz de Adana Santiago (presid.) , Francisco José Sánchez de la Flor (secret.) , Andrea Costa (voc.)
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• Resumen

  • Según la Agencia Internacional de la Energía (IEA), la producción de energía primaria mundial se incrementó un 29% entre los años 2001 y 2011, donde ya en el año 2009 el consumo en el sector de la edificación supuso el 23% de la energía primaria producida, superando a los sectores de transporte e industria. Las políticas energéticas actuales han intensificado sus actuaciones en ahorro, eficiencia energética e implantación de energías renovables en los edificios, prestando especial atención al 64% que ostentan los servicios de iluminación, climatización y producción de agua caliente sanitaria.

    La estimación del consumo en edificios a través de modelos implementados en programas de ordenador se ha convertido en una vía imprescindible para el diseño, aplicación de normativa energética o en la integración de sistemas de gestión energética. Son innumerables los programas informáticos que se han desarrollado en las últimas décadas, la mayoría de ellos concebidos para mantener un equilibrio entre precisión y tiempos de computación. Hoy en día, el avance en la capacidad de computación de los ordenadores personales permite una revisión de dichos modelos para incorporar mejoras que eliminen aquellas hipótesis que impedían analizar algunos aspectos relevantes, como pueden ser el paso de tiempo de simulación o la interacción simultánea entre el edificio y las instalaciones térmicas.

    Así, la incorporación de los algoritmos de control de los equipos de generación (calderas, plantas enfriadoras,¿) y transferencia de energía térmica (fancoils, climatizadoras, suelos radiantes,¿) influyen de manera decisiva en el consumo y prestaciones de los mismos, siendo necesario realizar simulaciones en intervalos de tiempo en el mismo orden de magnitud de dichos sistemas de control.

    En el presente trabajo, se han revisado los modelos utilizados en los principales programas de simulación de edificios; se propone, desarrolla e implementa una nueva plataforma general de simulación flexible, modular, eficiente y multiplataforma; se implementan los modelos más extendidos de sistemas térmicos aplicados a la edificación, contrastando los resultados con los programas de reconocido prestigio; y por último, se presenta una aplicación en un software de gestión energética para una empresa del sector de climatización.

    According to the International Energy Agency (IEA), the world's primary energy production has increased by 29% between 2001 and 2011. The building sectors is one of the most important sectors in terms of energy consumption, where, according to the IEA, the 23% of primary energy production in 2009 was allocated to the building sector, becoming thus highest single energy consuming sector over transport and industry. Energy policies have intensified their actions in energy savings, energy efficiency and incorporation of renewable energy systems in buildings, paying special attention to the 64% referred to the services of lighting, air conditioning and domestic hot water.

    Estimation of the consumption in buildings by physical models, implemented in computer programs, has become an essential tool for the design, implementation of energy policies or the integration of energy management systems. There are innumerable software programs that have been developed in the last decades, most of them designed to maintain a balance between accuracy and computation times. Nowadays, the advances in the computing processing power of personal computers, allows the review of these models in order to integrate new improvements that eliminate hypotheses that were made and which prevented the analysis of some important aspects, such as the simulation time step or the simultaneous interaction between the building and the HVAC systems.

    Thus, the incorporation of control algorithms of the thermal generating equipment (boilers, chillers, ¿) and the thermal energy transfer (fancoils, air handler units, underfloor heating, ¿), has a decisive influence on consumption and performance thereof, being necessary to perform the simulations at time intervals with the same order of magnitude of these control systems.

    In the present work, the models used by the main building simulation programs have been reviewed. A new general simulation platform have been proposed, developed, and implemented, which is flexible, modular, efficient and multiplatform; the most widespread used models of HVAC systems have been implemented over this platform. The results have been compared with other prestigious simulation programs; and finally, an application is presented with an energy management software, developed for a HVAC manufacturer company.