INSTITUTO TECNOLGICO Y DE ESTUDIOSSUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY DIVISIN DE INGENIERA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERA SIMULACIN DEL CONSUMO ENERGTICO EN EDIFICIOS TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADMICO DE: MAESTRO EN CIENCIAS CONESPECIALIDAD EN INGENIERA ENERGTICA HECTOR EDUARDO HUERTA GARZA MONTERREY, N.L.MAYO DE 2003 INSTITUTO TECNOLGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DEMONTERREY CAMPUS MONTERREY PROGRAMA DE GRADUADOSMAESTRIA EN CIENCIAS CONESPECIALIDAD EN INGENIERA ENERGTICA Losmiembrosdel comitdetesisrecomendamosquela presentetesis presentada por el Ing. Hctor Eduardo Huerta Garza sea aceptada como requisito parcial para obtener el grado acadmico de Maestro en Ciencias con especialidad en: INGENIERA ENERGTICA COMIT DE TESIS: J. Asuncin Zrate Garca, Ph D. ASESOR Jos A Manrique Valadez Ph D.Oliver Matthias Probst O. Ph D. APROBADO Federico Viramontes Brown Ph D. Director del Programa de Graduados en Ingeniera Mayo de 2003 AGRADECIMIENTOS Me gustara agradecer al Dr. Asuncin Zrate por sus revisiones de estructura y alcance de este trabajo. Asimismo agradezco al Dr. Manrique por sus recomendaciones. GraciasatodosmiscompaerosdelamaestraenenergticadelTec,porsu ayudamoralyporlaconvivenciaquetuvimosennuestraestadaenelCampus Monterrey. Gracias a Javier Aranda y a la maestra Silvia del laboratorio de trmica por sus comentarios.ARamiroRodrguez,NadhielyMtz.,ArmandoLanz,Manuel Gonzlez y Rmulo Snchez, gracias amigos. Y a Paul del departamento de fsica del ITESM por interesarse en esta investigacin. Al Dr. Viramontes Brown por su apoyo en lo administrativo. EnespecialgraciasalDr.OliverProbstporsuapoyoyrecomendacionesenla partemsdifcildelatesis,ascomoaRmuloSnchezsuayudasignific mucho para m, de verdad muchas gracias. Gracias a mis buenos amigos Max Hernndez, Jodie Murdoch y Alex Barbarin que apesardelaenormedistanciafsica,hemosmantenidonuestraamistad,yala Arq.NancyCobin,graciasNancy.Aunquenolosepan, susfrasesde alientoen algn momento me ayudaron a tener mas fuerza durante mis estudios de maestra. GraciasamispadresHctoryAuroraportodosuesfuerzoytrabajopara apoyarme en la maestra, as como a mis hermanos Miriam, Luis y Mayra, y a mis familiares en Monterrey, Tamaulipas y Texas por su admiracin ante este humilde triunfo. Los quiero mucho. YgraciasaDiosporpermitirmevivirestaetapademividayaprenderysacar fuerza de ella, y por hacerse presente a travs de gente buena que he encontrado a lo largo del camino. Thank you all very much i RESUMEN En este trabajo se estudi el comportamiento del consumo de energa en un edificio mediante el control dinmico de la carga de refrigeracin. Esto est relacionado a la variacin de la temperatura interna del espacio acondicionado y a la respuesta de lamasaestructuraldeledificioalflujodelcalor.Paratalefectoseutilizla simulacincomputacionalmedianteelsoftwareEnergy-Plus,siendoeledificio bajo estudio la casa experimental del laboratorio de energa solar del ITESM. Este softwareutilizaelmtododelaFuncindeTransferenciacomomodelodela conduccindelcaloralinteriordeledificioademsdeotrosmodosde transferenciadecalor.Comodatosdealimentacinalasimulacin,segeneraron algunosparmetrosdelclimaparalaciudaddeMonterrey.Estosincluyeronla temperatura de bulbo seco y la radiacin solar, para lo cual se recolectaron datos y seusaronmodelosyaexistentes.Sedesarrollunafuncinquemodelael comportamientodelatemperaturadebulboseco,lahumedadrelativayla temperaturadelpuntoderocoapartirdelosvaloresmximosymnimosenun da determinado. Posteriormente, se cre el modelo computacional considerando la geometraycaractersticasdelosmaterialesdeledificiobajoestudioyalgunas cargas trmicas internas como el calor cedido por la gente en un horario de oficina ylainfiltracindeaireexterno.Finalmenteserealizunanlisisdesensibilidad mediante diversas simulaciones de la carga de refrigeracin ante la variacin de la temperatura del aire en el interior del edificio, el efecto de la capacitancia trmica de la masa estructural y el efecto de las sombras sobre la construccin. ii CONTENIDO

Pgina Resumen.. i Contenido. ii Lista de Figuras vi Lista de Tablas. vii Nomenclatura............... viii

Captulo 1 INTRODUCCIN 1.1.Antecedentes............ 1 1.2.Determinacin de la carga de enfriamiento........4 1.3.Objetivo...............7 1.4.Trabajo Previo.. 7 1.5.Descripcin de la Tesis 8 Captulo 2 TRANSFERENCIA DE CALOR EN EDIFICIOS 2.1.Fuentes de transmisin de calor... 10 2.1.1. Conduccin de calor en edificios.. 11 2.1.2. Conveccin en edificios 152.1.3. Radiacin en edificios . 16 Captulo 3 DATOS DEL CLIMA PARA LA SIMULACIN 3.1. Factores Atmosfricos...... 17 3.1.1. Temperatura de bulbo seco, humedad relativa y temperatura del punto de roco..................................................... 17 3.1.2. Radiacin Solar............ 213.1.3. Posicin Solar... 21 3.1.4. Radiacin directa normal extraterrestre.... 22 3.1.5. Radiacin horizontal extraterrestre.. 23 3.1.6. Radiacin global horizontal. 24 3.1.7. Aerosoles y nubosidad. 26 iii Captulo 4 METODOLOGA DE SIMULACIN 4.1. Energy-Plus... 28 4.2. Validacin del programa ... 29 4.3. Diagrama de Flujo de Energy Plus.................. 29 4.4. Materiales .. 30 4.5. Construccin y Geometra. 31 4.6. Control mediante la programacin horaria................ 32 4.7. Sistema HVAC (Heating Ventilating and Air Conditioning) 32 4.8. Alimentacin de datos del clima....................... 32 4.9. Simulacin 33 4.9.1. Archivos Auxiliares.. 33 4.9.2. Archivo DXF............ 34 4.9.3. Reporte en Hoja de Calculo.......................... 34 Captulo 5 SIMULACIN DE LA CASA SOLAR 5.1. Generacin de los datos del clima..35 5.2. Recoleccin de datos .35 5.2.1. Temperatura de bulbo seco...... 36 5.2.2. Radiacin Solar.... 39 5.3. Construccin del modelo en Energy Plus.. 39 5.3.1. Materiales. 40 5.3.2. Elementos de sombreado sobre el edificio... 41 5.3.3. Geometra ........ 41 5.3.4. Programacin horaria de los parmetros de simulacin... 43 5.3.5. Cargas internas e infiltracin 43 5.3.6. Sistema de Aire........ 43 5.3.7. Variables de salida........... 44 Captulo 6 RESULTADOS 6.1. Simulacin del consumo energtico.. 45 6.2. Carga trmica en verano............ 45 6.3. Carga trmica en invierno.. 45 6.4. Variacin de la temperatura... 47 iv 6.4.1. Variacin de la temperatura interna en verano. 47 6.4.2. Variacin de la temperatura interna en invierno.. 52 6.4.3. Capacitancia trmica de la masa... 54 6.4.4. Efecto de la sombras. 56 6.5. Consumo anual de energa. 57 Captulo 7 CONCLUSIN Y TRABAJO FUTURO 7.1. Conclusiones.. 60 7.2. Trabajo Futuro... 61 REFERENCIAS............................. 62 APNDICE A... 64 APNDICE B... 65 APNDICE C... 66 APNDICE D... 71 v LISTA DE FIGURAS Pgina Figura 1.1 Distribucin porcentual del consumo de energaelctrica en Mxico por sectores (aos 1990, 1995 y 2000) 1 Figura 1.2 Consumo energtico en el sector residencial americano en porcentaje 2 Figura 1.3Curvas caractersticas de eficiencia en carga parcial3 Figura 1.4Lmites de Tbs y HR para el confort humano 4 Figura 2.1Ganancia de Energa en edificios10Figura 3.1Valores del factor multiplicador en el da 18Figura 3.2 Continuidad de T(h) para el anlisis del modelo de temperaturas 19Figura 3.3Funcin multiplicadora para la Tbs20Figura 3.4Diagrama vectorial que muestra los ngulos solares22Figura 3.5Variacin de la intensidad solar extraterrestre23Figura 3.6Posicin solar en un plano paralelo a la Tierra23Figura 4.1 Comparacin de la energa de refrigeracin mediante BESTEST 29Figura 4.2Diagrama de flujo para crear un modelo en Energy-Plus30Figura 4.3Interfase E-Plus Launch33Figura 5.1Estadsticas de la CNA para Monterrey35Figura 5.2Multiplicadores para un da de Julio36Figura 5.3Comparacin de Tbs para el mes de Julio37Figura 5.4Comparacin de Tbs para el mes de Agosto37Figura 5.5Distribucin porcentual de diferencias de Tbs para Julio38Figura 5.6Distribucin porcentual de diferencias de Tbs para Agosto38Figura 5.7Edificio virtual de la casa experimental42vi Figura 6.1Perfil de carga trmica en verano46Figura 6.2Perfil de carga trmica en invierno46Figura 6.3Perfil de carga en verano. Tbs constante48Figura 6.4Carga en verano. Tbs pico49Figura 6.5Carga en verano. TbsMax Min49Figura 6.6Carga en verano. Control con Tbs Min-Max en atraso51Figura 6.7 Carga en verano. Control con Tbs Min- Max a partir de las 6:00AM 51Figura 6.8Carga en invierno. Modo Tbs constante52Figura 6.9Carga en invierno. Modo de Tbs Min-Max52Figura 6.10Carga en invierno. Modo de Tbs Max-Min.53Figura 6.11Carga en invierno. Tbs pico53Figura 6.12Comparacin entre bloque de concreto y bloque celular55Figura 6.13Comparacin del efecto de la capacitancia trmica56Figura 6.14Comparacin del efecto por elementos de sombreado56Figura 6.15Perfil de carga trmica en verano58Figura 6.16Perfil de carga trmica en invierno58

vii LISTA DE TABLAS Pgina Tabla 3.1 Parmetros del clima para la simulacin 17Tabla 3.2 Valores tpicos de albedo 26Tabla 3.3 Valores de a y b en el modelo de Kasten 27Tabla 5.1 Materiales usados en el edificio bajo estudio 40Tabla 5.2 Propiedades de las superficies opacas 40Tabla 5.3 Propiedades de las ventanas 41Tabla 5.4 Coordenadas de algunos muros y techos 42Tabla 5.5 Caractersticas del sistema de aire 43Tabla 6.1 Modos de variacin de la temperatura de bulbo seco del espacio acondicionado 47Tabla 6.2 Consumo de energa (15 de agosto) 50Tabla 6.3 Consumo de energa (15 de enero) 54Tabla 6.4 Cargas de diseo 59 viii NOMENCLATURA Area Ac Albedo del cielo AODRecorrido ptico de Aerosol At Albedo terrestre Ba Razn de la irradiacin de dispersin hacia adelante a la dispersin total debida a los aerosoles CpCalor especficoCLTDCooling load temperatura difference TETDTotal equivalent temperature difference TFMTransfer Function Method dDeclinacin terrestre {-23.5 , 23.5 } DhRadiacin Difusa Horizonal GHRadiacin Global Horizontal GHNRadiacin Global Horizontal considerando nubosidad hngulo horario, hora HRHumedad relativa HVACHeating Ventilating and Air Conditioning IDH Intensidad de la radiacin solar directa horizontal IEDIntensidad de la radiacin solar normal extraterrestre IEHIntensidad de la radiacin solar horizontal extraterrestre kConductividad TrmicalLatitud, longitud de pared MMasa del aire MMasa del aire corregida por presin NNmero de superficies NinNmero de superficies internas en una zona del edificio ix NzonasNmero de zonas en el edificio PPresin atmosfrica qFlujo calor qiFlujo de calor en la superficie interna qoFlujo de calor en la superficie externa tTiempo TaTransmitancia por aerosoles T(x,t)Temperatura en funcin del tiempo y direccin TA Transmitancia por dispersin y absorcin de aerosoles TAA Transmitancia por absorcin de aerosoles nicamente TAS Transmitancia por dispersin de aerosoles nicamente TbsTemperatura de bulbo seco TeTemperatura sol-aire externa al edificio TiTemperatura interna del edificio ToTransmitancia por ozono TR Transmitancia molecular por gases atmosfricos (Rayleigh) TUMTransmitancia de gases uniformemente mezclados Tw Transmitancia del vapor de agua UcCoeficiente global de transferencia de calor UoCapa vertical de ozono atmosfrico[cm] UwCapa vertical de vapor de agua atmosfrica [cm] Xo Capa de ozono corregida [cm] Xw Capa de vapor de agua corregida [cm] ZAltura sobre el nivel del mar x Smbolos griegos Difusividad trmica ngulo acimut solar Densidad ACamino ptico de aerosol ngulo znit solar Paso en series de tiempo Subndices maxMximo minMnimo bsBulbo seco sSuperficie mNmero de elemento en una serie de tiempo oExterno iInterno , Nmero de superficie. Aglitteringcarpetshotoutandabout, whirling,spinninganinsubstantialwebthat engulfed all space and from it luminous shoots stabbedupwardandbranchedintotreesthat sang with a music all their own. ASIMOV, Foundation and Empire.

1 CAPTULO 1 INTRODUCCIN 1.1Antecedentes Elconsumodeenergaenedificiosresidencialesycomercialesrepresentauna parte importante del uso de los recursos energticos de un pas. Segn la Secretara deEnerga[1],enelao2000esterubrofueaproximadamenteunterciodel consumototaldeenergaelctricaenMxico.EnlaFigura1serepresentanlas aportaciones porcentuales de diversos sectores en el consumo total nacional. Particularmente,enelsectorresidencial,laenergaelctricaseutilizapara satisfacerdiversostiposdecargasenergticas.Estasincluyeniluminacin,eluso de electrodomsticosyelacondicionamiento deaire.Sinembargo solamenteeste ltimoconceptorepresentalamayoraportacinalconsumo.Porejemplo,en EstadosUnidosdelconsumoanualdeenergaenunacasa-habitacinenelao 1997, la parte correspondiente a la calefaccin y aire acondicionado fue del orden del 22 por ciento como se observa en la Figura 1.2 [2]. De aqu la importancia de buscar estrategias para disminuir el consumo de energa por este condicionamiento de aire. Esto se puede lograr con diseos ms eficientes del equipo de aire acondicionado o mediante alternativas de operacin y la correcta seleccin de equipo para una instalacin. Figura 1.1 Distribucin porcentual del consumo de energa elctrica en Mxico por sectores en los aos 1990, 1995 y 2000 [1] Captulo 1 Introduccin 2 Figura 1.2 Consumo energtico en el sector residencial americano en porcentaje [2] Dos factores que afectan el consumo de energa del sistema del acondicionamiento de aire son las dimensiones del equipo y su modo de operacin. Un equipo con una capacidad de enfriamiento muy por arriba de la necesaria para una aplicacin dada no slo tiene un mayor costo en la inversin inicial, sino que aloperaracargaparciallaeficienciaderemocindecalordisminuye.Lacarga parcialeselmododeoperacinenelcualelaparatonointercambiacalorala capacidad mxima de enfriamiento establecida. Existenindicadoresestandarizadosdelaeficienciadeoperacinencargaparcial paraequiposderefrigeracin.ElInstitutoAmericanodeRefrigeracin(AIR)ha establecido el indicador IPLV (Integrated Part Load Value), que es la eficiencia de operacinencargaparcialdeunequipobajocondicionesestndardeoperacin. Estas condiciones estn definidas en el documento ARI 550/590-1998 [3]. La determinacin del indicador IPLV toma en cuenta las condiciones promedio del climaenalgunasciudadesdeEstadosUnidos,ascomoelnmerodehoras promedio al ao en las que un equipo trabaja a cierto porcentaje de su capacidad. Sin embargo, en un anlisis ms detallado, la eficiencia del equipo es un parmetro variablequedependedelacargatrmicaenunciertomomentodeoperacin. Hendersonetal[4],demuestraquelaeficienciadeunequipoderefrigeracines funcindelaRelacindeCargaParcial(PLR),definidacomolademandade energaenciertahoradeldaentrelacapacidadmximaderefrigeracindel equipo. Esta relacin est dada por la ecuacin (1.1). Disponible Capacidadh a CPLR_) ( arg= (1.1) EnlaFigura1.3semuestraelcomportamientodelaeficienciadeoperacinen funcin de la Relacin de Carga Parcial para equipos de refrigeracin tpicos en el sector residencial y comercial de Estados Unidos [4].Captulo 1 Introduccin 3 Esta eficiencia est normalizada con respecto a la mxima eficiencia del equipo y sedenominaelFactordeCargaParcial(PLF).Enequiposderefrigeracinpor compresin, por ejemplo, este comportamiento depende de los ciclos de encendido porhoraysedebealtiempodeestabilizacindelflujodelrefrigeranteenel sistema al inicio de cada ciclo. Figura 1.3 Curvas caractersticas de eficiencia en carga parcialen equipos de refrigeracin por compresin[4] De la Ec. (1.1) y de la Figura 1.3, se observa que entre mayor sea la capacidad del equipo de refrigeracin para una aplicacin dada, se tendr una menor relacin de carga parcial, lo cual ocasiona que el equipo trabaje con una eficiencia menor. Por esto es necesario dimensionar correctamente el equipo de aire acondicionado. Para ello,serequiereestimardeunmodopreciso lacarga deenfriamiento delespacio que se desee acondicionar. Porotrolado,elmododeoperacindelsistemadeaireacondicionadoest relacionado con el control de la temperatura del espacio. Si sta se mantiene en un rango de temperatura de confort, el consumo de energa puede ser optimizado [5]. Establecer un rango de temperatura se justifica porque la sensacin de confort en el ser humano es relativa. LaASHRAE(AmericanSocietyofHeatingVentilatingandAir-Conditioning Engineers)recomiendaloslmitesdetemperaturayhumedadrelativadelaire mostradosenlaFigura1.3.Porejemplo,paraunahumedadrelativade50%,las Captulo 1 Introduccin 4 temperaturasmnimaymximadeconfortsonde21Cy23.5Ceninvierno,y 23C y 26 C para verano [6]. Figura 1.4 Lmites de Tbs y HR para el confort humano [6] 1.2Determinacin de la carga de refrigeracin. La carga de refrigeracin es la energa por unidad de tiempo que debe ser extrada deunespacioparamantenerlascondicionesdeconfortenelinteriordelmismo. Esta carga es diferente a la ganancia de calor del edificio, ya que la capacidad de la masa del edificio para absorber energa hace que no toda la ganancia trmica en un cierto instante sea igual a la carga de refrigeracin. Paradeterminarlacargatrmicaenunedificiosepuedenutilizarmtodosde anlisis en estado estable o en estado transitorio. En los primeros la carga se estima mediante el uso de la diferencia de las temperaturas externa del aire y la interna del espaciorefrigerado(T),sintomarencuentaelefectodelosmaterialesdela construccin de almacenar energa. Por tal motivo, la ganancia trmica en un cierto tiempo corresponde a la carga energtica para el sistema de refrigeracin. Latemperaturaequivalenteexterna(Te)esunacombinacin dela temperatura de bulbosecoexternayelefectodelaradiacinsolar,detalmaneraquela transmisin de calor pueda ser calculada con la ecuacin (1.2). A esta temperatura se le conoce como temperatura sol-aire. T A U Qs s = (1.2) Captulo 1 Introduccin 5 Enlaecuacin(1.2),Tesladiferenciadelatemperaturaexternaeinternadel edificio,UeselcoeficienteglobaldetransferenciadecaloryAeselreadela superficie (s) en consideracin. Unejemplo deanlisis en estado estableeselprocedimientorecomendado por la normaoficialmexicanaENER-008quedeterminalaeficienciaenergticaen edificios. Para tal efecto se hace una comparacin de la carga trmica del edificio bajoestudioconladeunedificiodereferencia.Esteprocedimientocalculala carga trmica mediante valores tabulados de Te en diferentes ciudades del pas [7]. Sin embargo, determinar la carga de un edificio considerando estado estable no es adecuadoparaanalizarelcomportamientodelacargatrmicaenundade operacin. Esto es debido al cambio continuo de la temperatura sol-aire externa, a larespuestadelamasaestructuralparaalmacenarytransmitircalor,yala variacinenlasgananciasinternasporelequipoelctrico,infiltracindeaire externo, calor cedido por los ocupantes del edificio, etc. Es por esto que una estimacin ms precisa de la carga de refrigeracin requiere de mtodos de anlisis en estado transitorio que tomen en cuenta el efecto de la masa estructural para determinar la carga trmica en intervalos discretos del da. Los ms importantes son el mtodo de diferencias equivalentes de temperaturas (TETD), el mtodo de la carga trmica por diferencia de temperaturas (CLTD), y el mtodo de la funcin de transferencia (TFM) [6]. En el mtodo TETD, se utilizan diferencias de temperatura para realizar el clculo de la carga trmica mediante la Ec. (1.2), siendo la TETD el correspondiente valor deT.Estosvaloressecalculanenfuncindelavariacinexteriordela temperaturaequivalenteTe,ydeunatemperaturaconstantedelespacio acondicionado. Para obtener la ganancia trmica en la zona, se suma la aportacin detodosloselementosdelaestructuracalculadaconelvalorcorrespondientede TETD, el coeficiente global de transferencia de calor U y el rea correspondiente. Paraconvertirestevalordegananciaaunacargatrmicaenunciertotiempo,se suponequeunporcentajedelagananciaesdirectamentelacargatrmicadel edificio,yelrestosealmacenaenlamasaparaconvertirseencargade refrigeracin con un tiempo de retraso. Ladeterminacindeltiempoderetrasoyelporcentajedelagananciaquese convierte en carga en un cierto momento son valores asignados por la experiencia de quien realice el clculo basndose en la cantidad de masa del muro. El tiempo Captulo 1 Introduccin 6 deretraso tpicamentevaraentre2y8horas,yelporcentaje deganancia quese transforma en carga trmica es del orden del 60% [6]. ElmtodoCLTDutilizavalorestabuladosporlaASHRAEparamurosytechos convaloresdediferenciasdetemperaturasenfuncindedadelaoyla localizacin geogrfica del edificio, as como la hora del da y la orientacin de las superficies. Estosvaloresdebensercorregidoscuandolatemperaturainternaylavariacin externa de temperatura de bulbo seco, son diferentes a las estndar usadas en este mtodo. Tales valores son24C y 29.4 C respectivamente. UnadesventajadelmtodoesquelosvaloresCLTDencontradosentablas correspondenasuperficiesconcaractersticasdeconstruccinespecficas.Para una aplicacin particular es necesario seleccionar el muro que mejor represente a la superficie en consideracin y obtener as el valor de CLTD. El mtodo TFM fue propuesto por Mitalas [8] a principios de los aos setenta, y es unasolucinnumricaenseriesdetiempoparalaconduccindecalor.Estose logra mediante el clculo de los coeficientes de conduccin CTFs, por sus siglas eningls.Laventajadeestemtodoesquealcalculardichoscoeficientesse obtiene la carga trmica en cierto instante para una construccin en particular. Este mtodo hace uso de la ecuacin (1.3) para el clculo de la carga trmica. ( ) = = = =0 1 0,, ,) (n n nn rcn en e n ec tAq dnt b A q (1.3) Donde , , eq= Carga trmica de la pared e, en el tiempo A= rea de la superficie = Tiempo = Intervalo de tiempo n= ndice de la sumatoria n et , = Temperatura equivalente externa en el tiempo ( - n) trc= Temperatura del espaciorefrigerado Adems,bn,cn,ydnsonlos coeficientesdelafuncinde transferencia Captulo 1 Introduccin 7 Seem [9] realiz el clculo de los coeficientes de la funcin de transferencia de la Ec.(1.4)medianteunmtododesolucinconecuacionesmatricialesllamado espacio-estado. De esta manera se evalan las matrices de coeficientes usadas en laecuacin(1.3)apartirdelascaractersticasgeomtricasypropiedadesdela pared como su longitud, densidad, calor especfico y conductividad, adems utiliza el coeficiente de transferencia de calor por conveccin con el aire en ambos lados de la superficie. Debidoalacomplejidaddellgebramatricialyalosclculosrepetitivospara determinartantoloscoeficientescomolacargatrmicaconlaecuacin(1.4),se han desarrollado programas computacionales para resolver las ecuaciones y dar la solucin a este modelo. En este trabajo se utiliza el software Energy-Plus [10] cuyo algoritmo de solucin est basado en el mtodo de la funcin de transferencia, y en elclculodeloscoeficientesatravsdelmtodoespacio-estadopropuestopor Seem. Lasolucincomputacionalalmodelodelafuncindetransferenciapermitela variacindeparmetroseneledificio,seanestaslaspropiedadesfsicasdelas paredes, orientacin del edificio o la temperatura del espacio refrigerado. Mediante la variacin de la temperatura, el sistema tendr un perfil diferente de la carga de refrigeracinenelda.Alefectoenelconsumodeenergadelavariacindela temperatura,lamasadeledificioparaabsorberyliberarcalor,ylaoperarel sistemaenhorasdenoocupacin,seledenominacontroldinmicodelacarga [11]. 1.3Objetivo El objetivo de este trabajo es estudiar el impacto que tiene el control dinmico de la carga sobre el consumo de energa en un edificio. Esto mediante la variacin de la temperatura interna y el efecto de la capacitancia, teniendo como herramienta la simulacin computacional de la carga de refrigeracin. 1.4Trabajo Previo El estudio del control dinmico de la carga de refrigeracin en edificios, as como el efecto de la capacitancia de la masa en el consumo energtico (Ej. reduccin de picos del consumo elctrico), han sido un tema importante de investigacin previo a esta tesis. Captulo 1 Introduccin 8 Porejemplo,Spratt,etal[11]realizaronunestudiodelimpactodelcontrol dinmicodelequipoylavariacindelatemperaturainternaenunedificiode oficinasenCanad.Seutilizlaventilacinnaturalparaenfriarlaestructuradel edificio previo a las horas de ocupacin. Serealizaronmedicionesfsicasparamonitorearlavariacindelatemperatura interna y el efecto de la masa del edificio. Dentro de las innovaciones presentadas serealizunalgoritmocomputacionalparadeterminareltiempoptimode ventilacin natural del espacio interior. Braun [5] investig el consumo de energa de un edificio variando las condiciones deoperacindelequipodeaireacondicionadobajodiferentesescenariosde operacin.Se utiliz elcontrol dinmico comoestrategia deahorro de energa en edificiosmediantelavariacininternadelatemperaturayelperiodode enfriamientoprevioalaocupacindeledificio.Laprincipalaportacinfueque mediantecurvasdelcomportamientoenergticosedemostrqueelcontrol dinmico de la temperatura es una estrategia de ahorro en el consumo de energa. Stoeckeretal[12],realizaronunestudiodereduccindepicosdelademanda elctricadebidaalequipodeaireacondicionado,variandolatemperaturainterna del espacio dentro de un rango de confort. Para tal efecto se utilizaron termostatos con diferentes rangos en los lmites de la temperatura de encendido y apagado. Lagananciatrmicaaledificiofuesimuladamedianteelusodepotencimetros queaportaroncalorenunperfiltriangulareneltiempo,ocualnorepresenta necesariamente la realidad. Se demostr que la variacin de la temperatura interna de un espacio acondicionado reduce el pico en la demanda de refrigeracin. Brandemuehl,etal,[13]realizaronexperimentosdondesemodelymidila interaccin del aire acondicionado con la masa del edificio en la zona de retorno de aire. Desarroll un modelo analtico para determinar la temperatura promedio en la superficie de la estructura en la zona del aire de retorno y simularon la respuesta de latemperaturaanteelflujodeaire,mismaquefuevalidadaconmedicines experimentales. Esto en un esfuerzo para entender el efecto del control del flujo de aireenelconsumodeenergamedianteelenfriamientotrmicodelamasaenla zona de retorno. Simmonds[14]utilizelmtododelfactorderespuestaparaestudiarelimpacto delamasatrmicaenlaoptimizacindelusodelaenergaenunedificiode oficinas en Holanda.Captulo 1 Introduccin 9 Se propuso como trabajo futuro el estudio de mtodos de control en la variacin de los parmetros de confort para establecer estrategias de ahorro de energa. Una de las limitaciones de esta investigacin es que no existan datos del clima por lo que se realizaron suposiciones en las condiciones externas. 1.5Descripcin de la Tesis Latesisestorganizadaensietecaptulos,siendolosprimerosdosdeteorade transferencia de calor aplicada en edificios. En el captulo 2 de la tesis se hace una revisin delmtodo de lafuncindetransferencia para la conduccina travsde las paredes y del clculo de los parmetros que se utilizan para tal efecto. Enelcaptulo3sedescribenlosmodelosusadosparagenerarlosdatosdeclima usadosenestetrabajo,talescomolatemperaturaambienteexternaylaradiacin solar.Seproponeunprocedimientoparalageneracindevaloresdetemperatura tomando como base los valores extremos de un da. Asimismo,seutilizanmodelosdesarrolladosparalaradiacinsolarquefueron aplicados recientemente en trabajos de investigacin auspiciados por la ASHRAE (AmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAir-ConditioningEngineers). Estosmodelos seusaronenconjuntoconlascondicionesde nubosidadlocalyla atenuacin por la transmitancia atmosfrica, para generar datos de radiacin en el rea de Monterrey. En el captulo 4 se describe la metodologa para utilizar el programa de simulacin Energy-Plus,ascomola validacinyjustificacinde su uso. Enelcaptulo5se presenta el desarrollo del modelo para la simulacin del consumo de energa de la casa experimental del laboratorio de energa solar del ITESM. Losresultadosdela simulacin sepresentan enelcaptulo 6.Sehaceunanlisis desensibilidaddelacargatrmicadelsistemaanteelcontroldinmicodela temperatura interna. Finalmente, en el capitulo 7 se dan las conclusiones y se proponen alternativas de trabajo futuro que puede ser desarrollado a partir de esta tesis. 10 CAPTULO 2 TRANSFERENCIA DE CALOR EN EDIFICIOS 2.1Fuentes de transmisin del calor Latransferenciadecalorencualquieradesusformashaciaelinteriordeun edificiomodificaelestadotermodinmicodelairecontenidoenste.Sus condicionesdetemperaturayhumedadsonresultadodelaaportacindecalor sensibleylatenteporfuentesexternaseinternasatravsdedistintasformasde transmisindeenerga.stasincluyenlaconduccindecaloratravsdelas paredesopacasydelasventanas,latransmisindelaradiacinatravsdelas ventanas y la transferencia de calor por conveccin desde las paredes al aire como se observa en la Figura 2.1. Figura 2.1 Transferencia de calor en edificios Otrosmedios de transferenciadecalor sonla infiltracinyventilacindeaire,el intercambiodeenergaconotraszonasinternas,laradiacindeondalargaentre loselementosinternos,ylaradiacindeondalargadeledificiohaciasus alrededores o al cielo diurno o nocturno. Captulo 2Transferencia de calor en edificios 11 Para determinar el valor de la temperatura de bulbo seco del aire en el interior del edificio, se realiza un balance de energa en la zona. De all se deriva la Ec. (2.1) que representa el cambio de energa interna del aire en el espacio acondicionado. sis a o iex aNzonasizi i aNinisi i iNiiaaQ T T Cp m T T Cp m T T A h QdtdTC + + + + = = = =) ( ) ( ) (1 1 1(2.1) Donde, =NiiQ1:Suma de las cargas trmicas internas por conveccin ) (1aNinisi i iT T A h =: Suma de la cargas trmicas por conveccin de todas las superficies internas de la zona ) (a o iexT T Cp m :Carga trmica debida a la infiltracin del aire externo ) (1aNzonasizi iT T Cp m =:Carga trmica debido al intercambio de aire entre dos ms zonas sisQ :Calor de salida de la zona dtdTCaa:Cambio de la energa almacenada en el aire El cambio de energa en el aire est relacionado a un cambio en su temperatura de bulboseco.LaEc.(2.1)relacionalatemperaturainternaconlacargatrmica debida a la transferencia de calor a travs de los muros y ventanas en un edificio. CadatrminodelaEc.(2.1)esinfluenciadoporlasformasfundamentalesdela transferencia de calor: conduccin, radiacin y conveccin. 2.1.1Conduccin de calor en edificios Unadelasformasmsimportantesdetransferirenergahaciaelinteriordeun edificioeslaconduccinatravsdelaenvolventequerodeaalespacio acondicionadocomomuros,ventanas,puertas,techos,etc.Estatransferenciade energa se puede modelar de acuerdo a la Ley de Fourier mediante la Ec. (2.2). xt x Tk t x q =) , () , ( " (2.2) Captulo 2Transferencia de calor en edificios 12 Adems,laEc.(2.3)modelaladistribucindelastemperaturasenestado transitoriounidimensionalesresultadodeunbalancedeenergaenunelemento diferencial en el material. tTxT =12 (2.3) Al resolver la Ec. (2.3) se obtiene la distribucin de temperaturas en el material, y al evaluar la Ec. (2.2) se determina el flujo de calor que atraviesa un elemento de la envolventedeledificio.Sinembargo,lasolucinanalticasecomplicacuando existenvariascapasdematerialescondiferentespropiedades,comoocurreen edificacionesreales.Esporesoquelosmtodosdesolucinnumricason adecuadosparaevaluarelcalorquepasaatravsdelaenvolventedeuna construccin. Existeunmtodonumricopararesolverlasecuaciones(2.2)y(2.3)queutiliza series de tiempo llamado el factor de respuesta. ste se representa mediante la Ec. (2.4) [9]. En este mtodo se relaciona el flujo de calor a travs de una pared en un tiempo (t), a una serie de las temperaturas externa e internaen tiempos pasados (t-1,t-2,t-3) en dos lados adyacentes a esa superficie. == =0,0, ,"mm t o mmm t i m t iT Y T X q (2.4) En la Ec.(2.4) X y Y son los factores de respuesta caractersticos de una superficie en funcin del tiempo. En la mayora de los casos los elementos de la serie tienden acerorpidamenteypuedenserdespreciadosapartirdequeelelemento(m) llegue a un valor cercano a cero. Otromtododesolucinnumricalafuncindetransferencia.Estbasadoen series de tiempo al igual que el mtodo del factor de respuesta, pero hace uso de un trmino adicional en funcin del flujo de calor que pasa por el material en tiempos anteriores. La Ec. (2.5) describe este modelo [9]. ==+ =+ + =1,01 ,01 , ," "mm t i mmm t o mmm t i m t iq F T Y T X q (2.5) Captulo 2Transferencia de calor en edificios 13 Donde, es el paso de tiempo t es el tiempo actual X, Y, y F son los coeficientes de la funcin de transferencia. Seem[9]utilizunmtodollamadoespacio-estadoparadeterminarlos coeficientes X, Y y F de la Ec.(2.5). Este mtodo utiliza las ecuaciones matriciales de la Ec. (2.6). ] ][ [ ] ][ [ ] [] ][ [ ] ][ [] [u D X C Yu B X Adtx d+ =+ = (2.6) Donde, X es el vector de la distribucin detemperaturas en el material.u es un vector que contiene las condiciones de frontera trmica. Y, es el vector del calor que fluye en cada elemento de la malla. A, B, C y D son matrices de coeficientes auxiliares para el clculo de los coeficientes La Ec. (2.6) puede escribirse de la siguiente manera:

+=011] [...] [...TTBTTAdtTTdinn (2.7) Captulo 2Transferencia de calor en edificios 14

+=010] [...] [""TTDTTCqqini(2.8) Las variables T1, , Tn , son las temperaturas de cada nodo en una pared de varias capas,neselnmerodenodos,yqi,qosonlosflujosdecalorenlascaras interna y externa. El flujo de calor que representa la carga trmica est dado por la variableqi. Por ejemplo, para una pared con dos nodos, las Ecs. matriciales (2.7) y (2.8) toman la forma de las Ecs. (2.9) y (2.10)[9]. + =ioTTChAChATTChARC RCRC ChARCdtdTdtdT001 11 12121(2.9) + =ioTThhTThhqq0000""2121(2.10) Adems, kAlR =(2.11)

2) ( lA CpC=(2.12) Donde las variables R y C son la resistencia trmica y la capacitancia trmica de la masa entre los dos nodos respectivamente. Seem [9] demuestra que para un tiempo t la ecuacin del flujo de calor carga instantnea est dada por la Ec. (2.12). 2 2 1 2 2 1 0" " ) ( " + + =t t t t tq e q e u S u S u S t q(2.13) Captulo 2Transferencia de calor en edificios 15 De la Ec.(2.13), So, S1 y S2, as como e1 y e2, son las matrices de los coeficientes de lafuncin detransferencia,derivadasapartirde laevaluacindelasEcs.(2.9)y (2.10). El valor de q(t) representa la carga re refrigeracin en el tiempo (t) debida a la conduccin del calor por paredes y muros. El clculo en una pared de varias capas se realiza de manera similar, pero debido a la complejidad del lgebra en la determinacin de los coeficientes de la funcin de transferencia,seutilizanpaquetescomputacionalesquerealicenelclculoylos utilicen para evaluar la Ec. (2.13). 2.1.2Conveccin en edificios Laconveccinenlosedificiosgeneralmenteesforzadaenelexteriordela estructura y natural al interior donde la velocidad del viento no es significativa. Los coeficientesdeconveccinexternaeinternadependendelageometradela superficie, y de la velocidad y propiedades termodinmicas del aire. Latransferenciadecalorporconveccindelaparedinternahaciaelairedel espacioacondicionado,ascomoladelaireexternoalasuperficieexternase describe con la Ec. (2.13). ) (2 1T T hA Qconv =(2.14) Dondeheselcoeficientedetransferenciadecalorporconvecciny 2 1T T esla diferenciadetemperaturasentreelaireylapared.Enelcasodelaconveccin natural al interior del edificio, el coeficiente h est dado por la Ec. 2.14 [15]: 3131 . 0 = = T H gkhHNu (2.15) Donde, h = Coeficiente de transferencia de calor por conveccin. H = Altura de la pared k = Conductividad de la pared g = Aceleracin de la gravedad Captulo 2Transferencia de calor en edificios 16 = Coeficiente de expansin volumtrica = Viscosidad cinemtica = Difusividad trmica de la pared 2.1.3Radiacin en edificios Laradiacintrmicaeselfenmenodetransferenciadecalorentredosms cuerposatravsdeondaselectromagnticasquenorequierendeunmedio continuo para propagarse. En el modelo de transferencia de calor por radiacin se involucra la radiacin solar y otras fuentes como la radiacin de onda corta entre el edificio y el medio externo, y la radiacin de onda larga por iluminacin. En particular, la radiacin solar es uno de los mecanismos de transferencia de calor msimportantesenedificiosporqueimponeunacondicindefronteratrmica directa a la estructura. Adems, depende del instante del da y del da del ao, y es modificada por la atmsfera terrestre, aerosoles de cualquier tipo, nubosidad, etc... Detodaslasformasdetransferenciadecalor,laradiacinrepresentael intercambio de energamsimportante sobre unaconstruccin,ydependiendode la absortividad externa de las paredes y techo, y la transmisividad de las ventanas, puede ser del orden del 70% de las ganancias totales de calor [5]. Parte de la radiacin solar que incide sobre las ventanas en un edificio, se transmite comocargatrmica.Estodependelaspropiedadespticasdelvidriocomola transmitancia,reflectanciayabsortancia,ydelngulodeincidenciasobrela superficie de la ventana. 17 CAPTULO 3 DATOS DEL CLIMA PARA LA SIMULACIN 3.1Factores Atmosfricos El clima es una composicin de las condiciones del aire externo en periodos largos detiempo.Talescondicionesestndadaspordiversosparmetrosatmosfricos. stosdebenserconocidosogeneradosparahacerunasimulacindeenergaen edificios. Generar datos del clima presenta algunas limitaciones de exactitud pues sucomportamientoesenciertogradoaleatorio.Losparmetrosmsimportantes queserequierenpararealizarunasimulacindelagananciaycargatrmicaen edificios se dan en la tabla 3.1. Temperatura de bulbo seco Temperatura del punto de roco Humedad Relativa Intensidad de la radiacin solar ndice de Nubosidad Velocidad del Viento Direccin del Viento Presin atmosfrica Tabla 3.1 Parmetros del clima para la simulacin 3.1.1Temperatura de bulbo seco, humedad relativa y temperatura del punto de roco. Una simulacin completa requiere de datos precisos de la temperatura, la humedad relativayelpuntoderocoenintervalosdeporlomenosunahora.Lamedicin directa de estos parmetros est limitada muchas veces por el nmero tan extenso de mediciones requeridas o por la falta de registros en las centrales meteorolgicas. Para resolver este problema, es posible hacer mediciones de unos pocos valores al daygenerarunmodelomatemticoparadeterminarlosdemsvaloresde temperatura.Estemodelodelavariacindelatemperaturaenundapuede aproximarse mediante una funcin senoidal a travs de la Ec. (3.1). FM R T Th =max ) ((3.1)Captulo 3Datosdel clima para la simulacin 18 Donde T(h) es la temperatura de bulbo seco en funcin de la hora del da, Tmax es la temperaturadebulbosecomximaregistradaeneseda,Reselrangode temperaturasyFMeselfactormultiplicadorquetomavaloresenfuncindela hora del da. El comportamiento de este factor puede observarse en la Figura 3.1. Figura 3.1 Valores del factor multiplicador en el da ElcomportamientodelfactormultiplicadorenlaFigura3.1suponeuna temperaturamxima(T(h) =Tmax)alas15:00hrs.cuandoelmultiplicadores0,y una temperatura mnima (T(h) = Tmin) a las 5:00 hrs. Sin embargo en la realidad la hora de ocurrencia de temperatura mnima y mxima es variable. SisedefinealmultiplicadordelaEc.(3.1)comounafuncincontinuaenel tiempollamada ) (hM ,laexpresindelatemperaturaquedaexpresadaconlaEc. (3.2). ) ( max ) ( h hM R T T =(3.2) La funcin ) (hMdebe ser definida en tres periodos del da: antes de la ocurrencia de latemperaturamnima,entrelatemperaturamnimaymxima,ydespusdela temperatura mxima como se muestra en la Ec. (3.3). =) (hM ()( )( ) max 2min 2max min 1, _, _, _t t M Tt t M Tt t t M Tttt>< (3.3)

Captulo 3Datosdel clima para la simulacin 19 Donde,tmineseltiempouhoradeocurrenciadelatemperaturamnimaytmaxla horadeocurrenciadelatemperaturamxima.Enestosintervalosseutilizala funcin coseno que decrece desde un valor mximo en t = 0 (cos 0 = 1), hasta un mnimo al completar medio ciclo (cos = -1). La funcin () tM T _1 entre Tmax y Tmin ser: () 1]1

|||

\|=min maxmin1cos _t tt tM Tht (3.4) Si la funcin se extiende tmin horas ms all del da como lo muestra la Figura 3.2, un ciclo completo abarcar el perodo comprendido por la suma de P1 y P2. Donde P1 es el periodo entre Tmax y Tmin , y P2 es el periodo restante del da. Figura 3.2 Continuidad de T(h) para el anlisis del modelo de temperaturas. La Figura 3.2 muestra que la funcin () tM T _2 est comprendida en el intervalo P2. El nmero de horas en ese periodo de tiempo se calcula con la Ec. (3.5). ) ( 24 _min max 2t t P Hrs =(3.5) Por lo tanto, en horas del da cuando la temperatura es menor a Tmin o mayor a Tmax, la funcin est dada por: () 1]1

|||

\| =) ( 24cos _min maxmin2t tt tM Tht(3.6)

Captulo 3Datosdel clima para la simulacin 20 Al multiplicar las ecuaciones (3.4) y (3.6) por 0.5, y desplazarlas + 0.5 se logra la variacin desde 1 hasta 0 en el primer medio ciclo y desde 0 a 1 en el segundo. Tal comportamiento se muestra en la Figura 3.3. Figura 3.3 Funcin FM para la temperatura de bulbo seco (Valor de la funcin vs hora del da) Finalmentelasexpresionesdelafuncinmultiplicadorapuedenresumirseconla Ec. (3.7). ()()

]

.!

\ + =

]

.!

\+ =) ( 24cos 5 . 0 5 . 0 _cos 5 . 0 5 . 0 _min maxmin2min maxmin1t tt tM Tt tt tM Ththt(3.7) Las horas de ocurrencia de las temperaturas mxima y mnima definen la forma de lafuncinmultiplicadoradeacuerdoalaEc.(3.7),yaqueesdeseablequela funcindetemperaturastomeunaformasuavequecumplaconlosvalores mximos y mnimos de temperatura y siga el patrn de distribucin encontrado en una medicin real. Igualmente,sepuedesuponerunadistribucindelahumedadrelativa(HR)que varasenoidalmente.AdemssetendrunahoradeocurrenciadeHRmximay HR mnima en el da . El valor mximo de la HR ocurre cuando la temperatura est muy cerca del valor mnimo. El modelo para HR se expresa en la Ec. (3.8). ) ( min ) (_h hHR M R HR HR + =(3.8) Captulo 3Datosdel clima para la simulacin 21 Donde, minHR eslahumedadrelativamnimaenelda, ) (_hHR M eslafuncin multiplicadoraparahumedadrelativa,yResladiferenciadelashumedades relativas mxima y mnima en el da. Asimismo,latemperaturadelpuntoderocosepuedevariaralrededordelvalor promedioteniendoencuentalahoradeocurrenciadelvalormsbajoyelvalor ms alto en el da. 3.1.2Radiacin solar Esposiblegenerarvaloresdeintensidadderadiacinsolar,yaseadentroofuera delaatmsferaterrestre,considerndolanormaldirecta,horizontalalplano terrestre,oincidentesobrealgunasuperficieinclinada.Suvalordependedelda del ao y la hora, as como de las condiciones atmosfricas, nubosidad, cantidad de polvos, aerosoles de cualquier tipo, altura sobre el nivel del mar, etc 3.1.3Posicin solar ParagenerarlosdatosderadiacinsolarserequiereconocerlaposicindelSol.Laposicinsolareneldaencualquierpuntodelplaneta,estdefinidaporel ngulo de elevacin () sobre el horizonte o por su complemento el Znit ( = 90 - ), y el ngulo acimut () de la proyeccin solar al plano terrestre respecto al Sur local. El anlisis geomtrico para encontrar las relaciones de los ngulos de elevacin y acimutconlosngulosterrestredeposicionamiento:declinacin,latitudyel ngulohorariosonpresentadosporKuehn[15]yporO.Probst[16].VerFigura 3.4. El ngulo Znit se expresa con la Ec. (3.9) d l d l Z sin sin cos cosh cos cos + =(3.9) Y la elevacin solar con la Ec. (3.10): 2 = (3.10)

Asimismo, el coseno del ngulo acimutal, est dado por la Ec. (3.11): Captulo 3Datosdel clima para la simulacin 22 ( ) l d l d cos sin cosh sin coscos1cos = (3.11) Donde, h = ngulo horario en radianesl= latitud del lugar en radianes d = declinacin terrestre en radianes En la Figura 3.4 se pueden observar las relaciones vectoriales entre los ngulos (h, d, l) y los ngulos ( , ). Figura 3.4 Diagrama vectorial que muestra los ngulos solares 3.1.4Radiacin directa normal extraterrestre ( IED ) La intensidad de la radiacin solar es inversamente proporcional al cuadrado de la distanciaentrelaTierrayelSol.Tomandoencuentaladistanciamediaseha estimado el valor de la intensidad normal fuera de la atmsfera de 1367 W/m2 [15]. A este valor se le conoce como la constante solar. El valor real de la radiacin solar extraterrestre vara a lo largo del ao mediante con el comportamiento mostrado en laFigura3.5,quecorrespondealarazndelaradiacinextraterrestrerealyla constante solar. Captulo 3Datosdel clima para la simulacin 23 Figura 3.5 Variacin de la intensidad solar extraterrestre 3.1.5Radiacin horizontal extraterrestre ( IEH ) Se refiere a la radiacin incidente sobre el plano horizontal paralelo a la superficie terrestresinconsiderarelefectodelaatmsfera.Porgeometraeselvector componente de la radiacin normal al plano horizontal terrestre como lo muestra la Figura 3.6. Figura 3.6Posicin solar en un plano paraleloa la superficie de la Tierra. Captulo 3Datosdel clima para la simulacin 24 3.1.6Radiacin Global Horizontal ( GH ) Es la radiacin horizontal sobre la superficie terrestre, considerando el efecto de la atenuacin debido a la atmsfera. Se calcula a partir de sus componentes directa y difusa, ambas sobre un plano horizontal. Existenvariosmodelosparaestimarlaatenuacindelaradiacinsolar.En particularelmodelodesarrolladoporBirdyHulstrom[17],involucralas transmitancias debidas a diversos factores atmosfricos, como la capa de ozono, la cantidad de vapor de agua en la atmsfera, los gases CO2 y O2, aerosoles, etc. Con este modelo, la radiacin directa horizontal se puede calcular con la Ec. (3.12). A W UM O R ED DHT T T T T Z I I ) cos( 9662 . 0 =(3.12) Donde TR = Transmitancia por dispersin molecular debida a los gases de la atmsfera. To = Transmitancia de la capa de ozono.TUM = Transmitancia de los gases uniformemente mezclados en la atmsfera (CO2

y O2) TW = Transmitancia del vapor de agua en la atmsfera. TA = Transmitancia por aerosoles en la atmsfera Las transmitancias de la Ec. (3.12) se calculan con las Ec. (3.13) a la (3.17), [17]. [ ] { }01 . 1 84 . 0) ' ( ' 1 ) ' ( 0903 . 0 exp M M M TR + =(3.13) 1 3035 . 0) 003 . 0 044 . 0 1 ( 002715 . 0 ) 48 . 139 1 ( 1611 . 0 1 + + + =w o o o o oX X X X X T (3.14) { }26 . 0) ' ( 0127 . 0 exp M TUM =(3.15) [ ]16828 . 0385 . 6 ) 034 . 79 1 ( 4959 . 2 1+ + =W W W WX X X T (3.16) Captulo 3Datosdel clima para la simulacin 25 { }9108 . 0 873 . 0) 7088 . 0 1 ( exp M TA A A A + = (3.17) Siendo, ( )125 . 1) 88 . 93 ( 15 . 0 ) cos( + = Z Z M (3.18) 1013'P MM=(3.19) M U Xo o =(3.20) M U Xw W= (3.21) Donde: M=Masa del aire M =Masa del aire corregida por presin P=Presin atmosfrica Uo =Capa vertical de ozono atmosfrico[cm] Uw=Capa vertical de vapor de agua atmosfrica [cm] Xo= Capa de ozono corregida [cm] Xw= Capa de vapor de agua corregida [cm] Adems, Aes el recorrido ptico del aerosol como se explica en la seccin 3.1.7. Por otro lado, la radiacin horizontal difusa se obtiene de la Ec. (3.22). + + =02 . 11) 1 ( ) 1 ( 5 . 0) cos( 79 . 0M MT B TT T T T Z I DAS a RAA W UM O ED h (3.22) Donde: Captulo 3Datosdel clima para la simulacin 26 AAAASTTT = (3.23) ) 1 )( 1 ( 106 . 11 A AAT M M K T + =(3.24) Finalmente, la radiacin total global sobre la superficie horizontal est dada por: c th DHhA AD IG+=1 (3.25) El albedo de la superficie terrestre At se puede obtener de la Tabla 3.2 [18]. Tabla 3.2 Valores tpicos de albedo El albedo del cielo (Ac) se obtiene de la Ec. (3.26). ) 1 ( 16 . 0 0685 . 0AS cT A + = (3.26)

LaEc.(3.17)estbasadaenlaEc.deBeer-Lambert[19]cuyaformageneral predice una atenuacin en la intensidad solar de acuerdo a la Ec. (3.27). moe I I =(3.27) El exponente es el coeficiente de atenuacin ptica. En el caso de la atenuacin solar por la presencia de aerosoles en la atmsfera, a este factor se le conoce como elrecorridopticodeaerosolesAODporsussiglaseningls(AerosolOptical Depth).Captulo 3Datosdel clima para la simulacin 27 3.1.7Aerosoles y nubosidad UnmodeloderadiacinsolarllamadoMETSTAT,fueusadoporD.Thevenard [20] para generar datos de radiacin solar cada hora del da en diversas poblaciones fuera de Estados Unidos. Est basado en el modelo de Bird como se describi en la seccin3.1.6.Ladiferenciaradicaen el clculo delatransmisividad debidaa los aerosoles.MientrasqueenelmodelodeBirdlatransmisividadporaerosolesse calcula con la Ec. (3.28), en el modelo METSTAT se utilizan valores medidos en diversas estaciones climatolgicas alrededor del mundo. 5 . 0 , 38 . 0 ,35 . 0 27 . 0A A A + =(3.28) EnlaEc.(3.28)losvaloresde 38 . 0 , A y 5 . 0 , A ,sonloscoeficientesdeatenuacin pticaporaerosolesenlongitudesdeondade0.38y0.5micrasdelespectro, mismos que fueron medidos en localidades de Estados Unidos. Porotraparte,losvaloresdeAODmensualesqueutilizaelmodeloMETSTAT corresponden a varias localidades internacionales. Estos valores se muestran en la Tabla 3.3 para tres ciudades mexicanas [20]. Adems, mediante el uso del modelo de Kasten [20] se toma en cuenta la atenuacin en la radiacin solar por nubosidad. EstemodeloestdadoporlaEc.(3.29).LoscoeficientesaybdelaEc.(3.29) estn reportados en la ltima columna de la Tabla 3.3 como KasA y KasB. ) 1 (bH HNaCA G G = (3.29) El ndice de nubosidad (CA) se define en trminos de la porcin del cielo cubierto por nubes y usualmente es un nmero entre 0 y 10, de tal manera que nubosidad 0 indicauncielototalmentedespejadoynubosidad10indicauncielototalmente cubierto de nubes. Tabla 3.3 Valores de a y b en el modelo de Kasten [20] 28 CAPTULO 4 METODOLOGA DE SIMULACIN 4.1.Energy-Plus Energy-Plus[10]esunaherramientaquerealizalasimulacindelconsumode energaenedificios.Fuedesarrolladaporeldepartamentodeenergadelos EstadosUnidoscomoincentivodeahorroenergticoenlaindustriadela construccin,siendobasadoenlossimuladores:DOE-2yBLAST[21].El algoritmo de solucin para la carga trmica en este software se realiza mediante el mtodo de la funcin de transferencia descrita en el captulo 2. Las caractersticas de Energy-Plus son: Pasos de tiempo menores a una hora. El balance de energa de las zonas del edificio se hace en pasos de tiempo de hasta un sexto de hora. Esto implica una mejor precisin en el clculo de la carga trmica. Balancedeenergaconretroalimentacinzona-sistema-planta.Se encuentralarespuestadelsistemadeairederefrigeracinocalefaccin (HVAC)ylarespuestadelaplantaderefrigeracincalefaccinparael requerimiento de la zona en cada paso de tiempo Solucin numrica de la conduccin a travs de la funcin de transferencia. El programa realiza los clculos para encontrar los coeficientes de la funcin de transferencia para la conduccin de la ecuacin (1.4) Accesibilidad. Actualmente es un software de libre distribucin para fines no lucrativos y se puede solicitar en el departamento de energa de los Estados Unidos [21]. La simulacin se realiza por zonas de un edificio. Una zona es un espacio con un sistemadeentradadeacondicionamientodeaireparaelcualsecalculalacarga trmica.Durantelasimulacin,sesuponeunmodelodelaireuniformemente mezclado en la zona durante cada paso de tiempo. Esto no refleja estrictamente la realidadyaqueelaireenunahabitacinestestratificadocomoresultadodela diferenciaendensidadeslocualesfuncindelastemperaturasdelaire.Sin embargo lo anterior es una suposicin aceptable cuando el estudio no exige mayor precisin en la modelacin del aire interno.Captulo 4Metodologa de simulacin 29 4.2.Validacin del programa. Energy-Plushasidovalidadomediantelacomparacinconotrosprogramas comercialesdesimulacin,comoloestablecelaIEA(InternationalEnergy Agency)atravsdelapublicacinBESTEST(BuildingEnergySimulationTest) [22].EnlaFigura4.1seobservaelconsumoenenergaanualporrefrigeracin paravariostiposdeedificiosenDenver,Colorado.Losedificiosseclasificanen 600, 610, 620, etc, dependiendo de sus caractersticas fsicas. Energy-plus (barra achurada) cae dentro del rango de los dems programas. Figura 4.1 Comparacin de la energa de refrigeracin mediante BESTEST [21] 4.3.Diagrama de flujo de Energy-Plus En el diagrama de flujo de la Figura 4.2 se ilustran los pasos para crear un modelo computacionaldeunedificioenEnergy-Plus.Lasolucinnumricadeeste modeloproporcionarlacargatrmicadeledificio.Eldiagramamuestraqueel primerpasoeslacreacindelarchivodelmodelodeledificio.Estetienela extensin *.idf, y puede ser editado con algn procesador de texto o a travs de la utileraEditorIDF.CabemencionarqueelarchivoIDFdelmodeloest referenciado a otro archivo interno de Energy-Plus llamado IDD. En ese archivo se definen las variables del modelo cuyos valores se ingresan en el Editor IDF.Captulo 4Metodologa de simulacin 30 Figura 4.2Diagrama de flujo para crear el modelo en Energy-Plus InicioAuxiliares // interfase de usuario E-Plus Launch Editor IDF Editor TextoIDD. Definicin de las variables Archivo IDF Modos de simulacin Materiales Geometra Salida de archivo DFX en volo view express Archivo del clima *.epw HVACUsar archivo *.epw ?oRegistros del clima oModelo distributivo de temperaturas. oUso de convertidores Da de diseoSimulacinReporte SimulacinResultados Archivos de salida auxiliares o*.eso o*.eio o*.err o*.rdd o*.mtr o*.mtd Archivo DXFArchivo Excel FIN Captulo 4Metodologa de simulacin 31 Con referencia a la Figura 4.2, en el bloque modo de simulacin se especifican lostiposdealgoritmosdesolucinparalatransferenciadecalor.Estosincluyen modos simples o detallados de conveccin, conduccin y radiacin. En el caso de la conduccin se especifica el uso de CTFs como mtodo de solucin a travs de funciones de transferencia. En caso de contar con un archivo con los datos del clima para la localidad, ste se activaenloscamposRUNCONTROLyRUNPERIODdelEditorIDF.El primero indica si se usarn los datos de un da de diseo en particular, o un rango dedasconelarchivodelclima,yelsegundodefineelperiododetiempoenla simulacin. Despusseespecificanlosmaterialesqueseutilizanysuspropiedades;la geometraycoordenadasdeloselementosdelaconstruccincomolasparedes, ventanas,puertasetc...;laprogramacindelascargasinternasconsideradas;el sistema de aire, y las variables de salida deseadas de la simulacin. 4.4. Materiales EnelcampoElementosdeConstruccindelasSuperficiesdeleditorIDF,se especificanlosmaterialesausarysuspropiedadesfsicas.Enelcasodelas paredesytechoexistendosopcionesdeseleccindelmaterial.Enlaopcin REGULAR-Rseingresalaresistenciaalaconduccindelmaterialautilizaren (m2-K)/W, y la absortancia a la radiacin. En este caso se desprecia el efecto de la masa trmica. En el material tipo REGULAR se especifica la capacitancia trmica de la masa, el espesor, la conductividad trmica y la densidad del material. En el caso de ventanas y puertas corredizas, las caractersticas fsicas y pticas del vidrio se especifican en el campo WINDOWGLASS. Estas son el grosor del vidrio y la transmisividad en diferentes rangos de longitud de onda de radiacin. 4.5.Construccin y Geometra Es importante definir las superficies principales del envolvente del edificio donde ocurrelatransferenciadecalor(paredesytecho),ascomolassecundarias (puertas,ventanas,etc..).Esrecomendablerealizarprimeramenteunbocetoa manoparaestablecerlascoordenadasdelosvrticesdecadasuperficiede transferenciadecalor.Cadapared,techo,oelementodetransferenciadecalor secundario debe estar referenciado con una zona del edificio. Captulo 4Metodologa de simulacin 32 Lascoordenadasparacadavrticesealimentanrespetandoelsentidocontrarioa lasmanecillasdelrelojyobservandolasuperficiedesdeafueradelespacio acondicionado. 4.6.Control mediante la programacin horaria. Enestaseccinseestablecencondicioneshorariasdealgnparmetrodela simulacin. Ejemplos de esto es la programacin del uso de aparatos elctricos, ya seaqueestnprendidosoapagados;lafraccindeocupacindepersonasen funcindelahora; oelajuste de la temperaturarequeridaen ciertomomento del da. Se pueden programar las transmisividades de las sombras externas en funcin de la hora del da o definir el modo de operacin del sistema de aire acondicionado (Ej. Calefaccin,refrigeracin,operacindual,etc..).Adems,estecampopermitela creacin de la programacin semanal y anual de estos modos de operacin. Adems,esatravsdeunaprogramacinhorariadevariablesdecontrolquese puedeestudiarelcomportamientodelacargatrmicadeledificio(Ej.la temperatura de ajuste del termostato). 4.7.Sistema HVAC (Heating Ventilating and Air Conditioning) El esquema ms elemental que se puede utilizar en Energy-Plus, es un flujo de aire en la entrada de cada zona del edificio, con temperatura de bulbo seco y humedad relativaconstantes.DenocontarconunsistemadeHVACnosepodrngenerar lasvariablesdesalidaqueindicanlacargatrmicaylaenergaenelpasode tiempoespecificado.Elsistemadeaireacondicionadodebesuministrarla demanda de refrigeracin o calefaccin del espacio interno. 4.8.Alimentacin de datos del clima ElarchivodelclimaparaEnergy-Plussealimentabajoelformato(*.epw)enla seccin WEATHERFILE de la interfase E-Plus Launch. Es posible convertir a formato(*.epw)otrosformatosdearchivodeclimautilizandolautilera converter.exequeestadentrodelpaquetedeprogramasquesedescarganal instalar Energy-Plus. Esto es til porque es posible ingresar datos en un formato de hoja de calculo (*.csv) y convertir al formato de Energy-Plus (*.epw). Captulo 4Metodologa de simulacin 33 Encuantoalingresodelosdatosclimatolgicos,setienelaopcindeusarel archivo del clima de la localidad o utilizar la opcin de un da de diseo, en cuyo casosealimentandatosdelocalizacinyorientacindeledificio.Enelcasodel archivodelclimaesnecesariocontarcondatosdiariosclimatolgicosyde intensidad de radiacin solar. 4.9.Simulacin UnasimulacinenEnergyPlusserealizaconelusodelainterfaseE-Plus Launch. Es necesario especificar el archivo IDF as como el archivo del clima que corresponden al modelo usado. El aspecto de la interfase de E-Plus Launch puede verse en la Figura 4.3 Figura 4.3Interfase E-Plus Launch La simulacin genera archivos de salida como se explica a continuacin. 4.9.1. Archivos auxiliares. Dan informacin del proceso de la simulacin a travs de un resumen de los datos deentradaydesalidagenerados.Enparticular,elarchivoconextensin*.erres muyimportanteporqueayudaalprogramadordelmodeloenlacorreccinde erroreseinconsistenciasdelaprogramacincuandolasimulacinnoseha completado satisfactoriamente. Captulo 4Metodologa de simulacin 34 4.9.2. Archivo DXF. Eslasalidagrficadelmodelofsico.Estilparaobservarqueeledificio modeladocorrespondaaledificioreal.Estearchivopuedeversemedianteel paquete Volo-View Express AutoCad [23]. 4.9.3. Reporte en hoja de clculo. Eselarchivodesalidamsimportanteporquecontienelasvariablesdela simulacin encadapaso de tiemposeleccionado.Ejemplos de estasvariables son lacargatrmicaporzonadeledificioylaenergaconsumidaporelsistema HVAC. Adems, se pueden reportar parmetros de control como la temperatura, humedad relativa, y datos como la ganancia por radiacin solar en cada zona, etc Es con estereportequesepuedengraficarlosvariablesyestudiarrealmenteel comportamiento del edificio. 35 CAPTULO 5 SIMULACIN DE LA CASA SOLAR 5.1.Generacin de los datos de clima. Unodelosdatosdeentradamsimportantesdelmodelocomputacionalsonlos datosdelclima.Estosrepresentanlaexcitacinexternaaledificiobajoestudio. Losdatosdelclimaseorganizanenarchivosclimatolgicosporciudadesyson usadosenlossimuladorescomercialesdelconsumodeenergaenedificios. Existenalgunosarchivosdeclimacondiferentesformatospublicadosporel departamento deenergadelosEstados Unidosenformatoapropiado parausarseconelsoftwareEnergy-Plus(*.epw).Sinembargo,noexisteunarchivoeneste formato para la zona de Monterrey. Debido a esto fue necesario generar datos del climacomolaradiacinsolarylatemperaturadebulbosecoparausareneste trabajo. Los datos fueron generados con los modelos descritos en el captulo 3. 5.2.Recoleccin de datos Parte de la informacin climatolgica se obtuvo de los registros diarios del clima a lo largo del ao 2002. Estos registros se encuentran en bitcoras del Observatorio Meteorolgico Monterrey de la Comisin Nacional del Agua (CNA) [24]. Adems, se solicit un reporte de los promedios mensuales de la temperatura de bulbo seco durante un periodo de 30 aos para cada uno de los meses en Monterrey, mismos que se graficaron en la Figura 5.1. El reporte se puede consultar en el apndice D. Tbs promedio de 30 aos por mes[fuente: CNA]0510152025303540EneFebMarAbrMayJunJulAgoSeptOctNovDicmesTbs [C]Tbs mximaTbs mediaTbs minima Figura 5.1 Estadsticas de la temperaturade bulbo secopara Monterrey [24] Captulo 5 Simulacin de la casa solar 36 5.2.1. Temperatura de bulbo seco EnelObservatorioMeteorolgicoMonterreysetienenregistraroslosvaloresde temperaturadebulbosecoparalosmesesmscalurososdelao.Paracadada entrelosmesesdeJulioySeptiembreserecolectaronlastemperaturasdebulbo seco (Tbs) promedio, mxima y mnima; la humedad relativa diaria (HR) promedio, mximaymnima;elndicedenubosidadpromediodiarioylatemperaturadel punto de roco. Ademsseregistrlahorapromediodeocurrenciadelosvaloresmnimosy mximosparalatemperaturadebulbosecoylahumedadrelativaencadames considerado. Con estos datos se generaron los valores para cada hora de todos los dasdelmes.Paratalefectoseutilizaronlasfuncionesmultiplicadorasdela temperatura y humedad relativa, descritas en el captulo 3. Estas funciones fueron utilizadas entre los meses de Junio y Septiembre por ser los meses con registros ms completos de datos y los ms calurosos del ao. Para un dadeJuliolasfuncionesdetemperaturadebulbosecoyhumedadrelativase muestran en la Figura 5.2. Multiplicadores00.20.40.60.811.21:002:003:004:005:006:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:000:00Hora del da valor de la funcinMultiplicador de TbsMultiplicador de HR Figura 5.2 Multiplicadores de Tbs y HR para un da de Julio Porotraparte,enlareferencia[25]selocalizunarchivoclimatolgicopara MonterreyenunformatoapropiadoparaelsimuladorDOE-2.Nosepudo establecerlafuentedelosdatosdeestearchivo,peroseutilizcomopuntode comparacin para validar los datos generados con el modelo senoidal.Captulo 5 Simulacin de la casa solar 37 El archivo DOE-2 se convirti a formato de Energy-Plus. Posteriormente los datos generadosdetemperaturadeJulioyAgostosecompararonconlosdelarchivo DOE-2. La Figura 5.3 corresponde a la variacin de temperaturas en el mes de Julio donde se observa una notable concordancia en las temperaturas con las del archivo DOE-2. Igualmente, la Figura 5.4 muestra la comparacin de ambos archivos con datos del mes de Agosto. Comparacin mes de Julio1821232628313336381-Jul2-Jul3-Jul4-Jul5-Jul6-Jul7-Jul8-Jul9-Jul10-Jul11-Jul12-Jul13-Jul14-Jul15-Jul16-Jul17-Jul18-Jul19-Jul20-Jul21-Jul22-Jul23-Jul24-Jul25-Jul26-Jul27-Jul28-Jul29-Jul30-Jul31-JulDiaTbsDOECNA 2002 Figura 5.3 Comparacin de Tbs para el mes de Julio. Comparacin mes de Agosto20222426283032343638401-Aug2-Aug3-Aug4-Aug5-Aug6-Aug7-Aug8-Aug9-Aug10-Aug11-Aug12-Aug13-Aug14-Aug15-Aug16-Aug17-Aug18-Aug19-Aug20-Aug21-Aug22-Aug23-Aug24-Aug25-Aug26-Aug27-Aug28-Aug29-Aug30-Aug31-AugDaTbsDOE-2CNA 2002 Figura 5.4 Comparacin de Tbs para el mes de Agosto. Captulo 5 Simulacin de la casa solar 38 Paratener uncriterioenlavalidacin de los datos,se hizoun anlisisestadstico para determinar la distribucin porcentual en la diferencia de temperaturas en esos meses. Para el mes de Julio, la distribucin se muestra en la Figura 5.5, donde se puede apreciar que ms del 80% de los datos tiene un error de 20 % menos entre ambos archivos del clima. Distribucin porcentual de diferencias en Tbs para Julio020406080100Dist. Porcentual 2.02 79.7 15.73 2.55 0 0 05 15 25 35 45 55 Figura 5.5 Distribucin porcentual de diferencias de Tbs para Julio. Para el mes de agosto el 86.8% de los datos caen en diferencias de 20% menos como se indica en la Figura 5.6. Distribucin porcentual de diferencias en Tbs para Agosto 010203040DistribucinPorcentual0.1 36 32 18 8.1 2.3 1.2 0.8 0.5 0.3 0 00 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Figura 5.6 Distribucin porcentual de diferencias de Tbs para Agosto. Captulo 5 Simulacin de la casa solar 39 Para el resto de los meses del ao (Noviembre Junio) se utiliz el archivo DOE-2 comofuentededatos.EstodebidoalafaltadedatoscompletosenlaCNAen algunosdeestosmeses.Adems,elarchivoDOE-2ofreceunaperspectiva concordanteconelreportedepromediosdelaCNAdelapndiceD,siendo validado para los meses de Julio y Agosto. 5.2.2. Radiacin solar Lossiguientesparmetrosderadiacin,descritoslaseccin3.3,sonrequeridos como entrada al archivo del clima: a)Radiacin horizontal extraterrestre b)Radiacin directa normal extraterrestre c)Radiacin global horizontal d)Radiacin Directa Normal e)Radiacin horizontal difusa Paralageneracindelosdatos,seutilizunprogramaenVisualBasicconlas ecuaciones para la radiacin solar descritas en el captulo 3 (Apndice C). De esta manerasegenerandatostantodelposicionamientosolarcomoderadiacin utilizandoelmodelodeBirdparacielodespejadoyelmodelodeKastenpara condicionespromediodenubosidad.Ambosmodelosfuerondescritosenel captulo 3. EnelmodelodeBird,seusaronlosvaloresdeAODpublicadosenlareferencia [20] en lugar de considerar el valor en dos longitudes de onda como lo determina el modelo. Estos valores de AOD fueron ponderados para la ciudad de Monterrey con losdatosdisponiblesdetresciudadesdeMxicoypromediadosenelao.Se utilizaron los valores recolectados de nubosidad promedio diaria en Monterrey y se apliclaEc.(3.28)paraobtenerlaradiacinglobalhorizontal.Lamodelaciny programacin se pueden ver en el Apndice C. Losdatosgeneradosderadiacinsealimentaronalahojadeclculoenformato *.csv,commaseparatedvalues.Sepuedeobervarpartedelformatoenel apndiceB.Deall,seconvirtialformato*.epwconelprogramaauxiliar Weather Converter de Energy-Plus. Captulo 5 Simulacin de la casa solar 40 5.3.Construccin del modelo en Energy-Plus EneldesarrollodelmodelodelacasasolardelITESM,seutilizaronlosplanos arquitectnicos del edificio y los materiales de construccin especificados. Adems serealizaronvisitasdecampoparainspeccionarlasinstalaciones,formas geomtricas de las paredes, ventanasy la orientacin de la estructura. Existen tres zonas en este edificio: Planta baja, Planta alta y Stano. Pero solamente se model elconsumoenergticoenlaPlantaAltayPlantaBaja,yaqueelStanoesun espacio no habitado. 5.3.1. Materiales. Los principales materiales usados en los elementos del edificio se describen en la Tabla 5.1. Paredes externas Se componen de 3 capas, dos paredes de concreto de 30 cm. de espesor y una de poliuretano de 2.5 cm de espesor. Lozas de techo y piso. stas agregan resistencia y capacitancia la transmisin de calor entre las zonaspor lo que se consideraron valores promedio tpicos de este tipo de materiales. Techos Los techos y piso se consideraron del mismo material. Concreto de 15 cm. de espesor con conductividad de 1.7 W/m-K Puertas Madera de pino de 7cm de espesor. Conductividad para la madera de 0.15W/m-K Ventanas Vidrio de 4 mm de espesor con transmitancia normal del 90% y conductividad de 0.9 W/m-K Tabla 5.1Materiales usados en el edificio bajo estudio. Las propiedades trmicas de los materiales usados se muestran en las Tablas 5.2 y 5.3.Losvaloresconsideradossonvalorestpicosdelmaterialdeledificio.Estos fueron tomados de tablas del ASHRAE [6]. Tabla 5.2Propiedades de las superficies opacas. Captulo 5 Simulacin de la casa solar 41 Tabla 5.3Propiedades de las ventanas. 5.3.2. Elementos de sombreado sobre el edificio Loselementosqueproducensombrassobreeledificiosonuncolectorsolaryel voladizoeneltechodelaplantaalta.Estoselementosfueroningresadosenel campoShading:Detached:FixeddeleditorIDF.Enelcasodelcolectorsolarse asignaron dos tipos de programacin de sombreado: una 100% opaca y otra 100% transparenteparacompararelefectodeesteelementoenlacargatrmica.Estos resultados se muestran en el captulo 6. 5.3.3. Geometra Las coordenadas de las superficies se tomaron de acuerdo a los planos del edificio yalamedicinfsicadel edificio.Las coordenadas seingresaronenEnergyPlus comosemuestraen laTabla5.4.Algunasventanassemodelaron deigualreay orientacinquelasexistentesaunquelageometranocoincidaexactamenteala realidad. Un mayor detalle de las coordenadas de las superficies puede consultarse en la seccin de Geometra del archivo CS_ITESM.IDF. Este archivo se adjunta en el apndice A. Ademsdelasparedesyventanas,fueronutilizadasdospuertasdevidrioenla plantabaja,ascomounaventanaextendidaenlaparedEstedeledificio,cuya equivalencia a las tres secciones de ventana real es vlida para el modelo. Adems se consider una puerta de madera y un par de ventanas ms en la pared norte. En la Figura 5.7 se muestra la construccin geomtrica del edificio. Captulo 5 Simulacin de la casa solar 42 Tabla 5.4Coordenadas de algunos muros y techos. Figura 5.7Edificio virtual de la casa experimental. Captulo 5 Simulacin de la casa solar 43 5.3.4. Programacin horaria de los parmetros de simulacin. La programacin horaria permite el control que se desea para el ajuste de algunos parmetrosdelasimulacin.Ejemplodeelloeselcontroldeltermostatodelas zonas, el control del sistema de aire y las caractersticas hora tras hora de las cargas internasqueseutilizaron.Algunasdelasprogramacionesqueseusaronenel modelo del edificio, incluyeron los horarios de encendido y apagado del sistema de aire para poder realizar las simulaciones, y los diferentes modos de variacin en la temperatura interna. 5.3.5. Cargas internas e infiltracin Se model la ocupacin de cuatro personas en un horario de oficina en el edificio. Cadaunadeellasdisipa140Wattsenunhorariodeocupacinquevadesdelas 7:00 hrs. hasta las 20:00 hrs. de lunes a sbado. No se consider carga trmica por equipoelctrico.Lainfiltracinentrezonasenlapartedelaescalerasemodel mediantelainstruccinCROSSMIXINGenelcampoAirflowdeleditorIDF. Esto debido a que se intercambia aire entre las plantas baja y alta. La infiltracin es un parmetro que depende de la velocidad del aire externo y de lasrendijasdelasventanasypuertas,ascomodelasvecesqueseabrenyse cierran.Seconsider0.07m3/segcomovalorprobabledeinfiltracindeaire exterior para las plantas alta y baja en una programacin diaria las 24 hrs. del da. Sin embargo, un estudio mas riguroso debe tener en cuenta valores reales mediante la medicin o con procedimientos como el descrito por la ASHRAE [6].

5.3.6. Sistema de aire Seutilizunafuentedeentradadeaireatemperaturayhumedadrelativa constantes. Los valores considerados se muestran en la tabla 5.5. Se pueden utilizar otros valores del estado del aire de entrada lo cual afectara el comportamiento de un sistemadevolumenvariable.Sinembargo,estosvalores noafectanelclculo delacargatrmicapuesstadependedelclimaexternoydelaprogramacinde las cargas internas. Temperatura de entrada para calefaccin [C]50 Temperatura de entrada para refrigeracin [C]13 Relacin de humedad para calefaccin [Kg agua / Kg aire]0.015 Relacin de humedad para refrigeracin [Kg agua / Kg aire]0.01 Tabla 5.5Caractersticas del sistema de aire Captulo 5 Simulacin de la casa solar 44 5.3.7. Variables de salida En las simulaciones, las variables de salida obtenidas a cada hora del da fueron: a)Temperatura externa de bulbo seco, y radiacin solar global. b)Temperatura de bulbo seco de las plantas baja y alta. c)Carga trmica de refrigeracin en Watts de las plantas baja y alta. d)Energa utilizada por refrigeracin en Joules de las plantas baja y alta. e)Carga trmica de calefaccin en Watts de las plantas baja y alta. f)Energa utilizada por calefaccin en Joules de las plantas baja y alta. 45 CAPTULO 6 RESULTADOS 6.1Simulacin del consumo de energa Unavezconstruidoelmodelocomputacional,serealizaronvariassimulaciones paraestudiarelcomportamientodelacargatrmicasensibleyelconsumode energa en la planta baja y planta alta del edificio. Adems, se hizo un anlisis de sensibilidad de la carga ante diferentes condiciones de operacin del sistema. Los parmetros estudiados fueron los siguientes: a)La variacin de la temperatura de bulbo seco del espacio (Tbs) b)Variacin de la capacitancia trmica de la masa estructural. c)Efecto por sombras externas sobre la construccin. Paralassimulacionesseescogieronlosdas15deeneroy15deagostocomo representativosdecondicionesdeinviernoyveranorespectivamente.Cabe mencionarqueenestassimulacionesseutilizaelarchivoconlosdatos climatolgicos para Monterrey creado para este trabajo. 6.2Carga trmica en verano Para un da tpico de verano (15 de Agosto), la carga trmica para la planta baja y la planta alta se muestra en la Figura 6.1. Como caso base, la temperatura interna se mantuvo en un valor constante de 23 C en las plantas alta y planta del edificio. Bajoestaformadeoperacin,elpicoenelconsumoenergticoalcanza6.4KW alrededor de las 14 hrs.

6.3Carga trmica en invierno Enundatpicodeinvierno(15deenero)semantuvieronambaszonasauna temperatura de 22 C. El pico en la carga trmica por calefaccin ocurri a las 7:00 hrs. y a partir de ese momento comienza un descenso en la carga como se muestra enlaFigura6.2.Estosedebeaquelaprimerahoradelusodecalefaccin,se requiereunaaltacantidaddeenergaparaquelatemperaturacambiedesdesu valornocontrolado(aproximadamente16C)hasta22Cenunperiododeuna hora. La carga disminuye a partir de la primera hora cuando la temperatura externa empieza a aumentar, al igual que la intensidad de radiacin solar.Captulo 6Resultados 46 Figura 6.1 Perfil de carga trmica en verano T constanteT Planta Alta. 15 Ene. 01000200030004000500060001:002:003:004:005:006:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:000:00Hora del daCarga // Radiacin 0510152025TemperaturaCarga sensible [W]Radiacin solar [W/m^2]Temperatura Planta Alta [C]Temperatura externa [C] Figura 6.2 Perfil de carga trmica en invierno Captulo 6Resultados 47 6.4Variacin de la temperatura Para observar el efecto del control dinmico, se vari la temperatura de bulbo seco enelinteriordeledificio,entrelosdoslmitesdeconfortrecomendadosporla ASHRAE, y una humedad relativa del 50%. Los esquemas de control utilizados se reportan en la tabla 6.1. Estos comprenden tres modos de ajuste en la temperatura interna a travs de la programacin del termostato, los cuales son: a)ModoMinMax:Ajustedesdeelvalormnimohastaelmximoen incrementos constantes de 0.25 C por hora. b)Modo Triangulado: En este modo se ajusta la temperatura de tal forma que alcanza un pico a mediados del da (13hrs.) y de all el valor decrece hasta el valor mnimo de confort. c)Modo Max Min: Se ajusta la temperatura desde el valor mximo de confort hasta el mnimo al terminar el horario de ocupacin. Tipo de variacin Tbs Modo Min-MaxModo TrianguladoModo Max-Min Periodo Verano (Abr-Sep) Invierno (Oct-Mar) Verano (Abr-Sep) Invierno (Oct-Mar) Verano (Abr-Sep) Invierno(Oct-Mar) Rango de Tbs [C] 23.5 2622 25 23.5 26 23.5 22 25 22 26 23.525 22 Capacitancia Trmica de las paredes y techo [KJ/KgK] 0.80 Tabla 6.1Modos de variacin de la temperatura de bulbo seco del espacio acondicionado 6.4.1Variacin de la temperatura interna enverano. En las figuras 6.3, 6.4 y 6.5 se graficaron los resultados de la simulacin para un da de verano de acuerdo a la variacin de temperaturas de la Tabla 6.1 Captulo 6Resultados 48 Variacin min-max. T Planta Alta. 15 Ago. 0100020003000400050001:002:003:004:005:006:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:000:00Hora del daCarga // Radiacin 05101520253035TemperaturaCarga sensible [W]Radiacin solar [W/m^2]Temperatura Planta Alta [C]Temperatura externa [C]

Figura 6.3 Perfil de carga en verano. Tbs Min-Max EnlaFigura6.3sepresentaunpicoenelconsumodeenergacuandola temperaturadelespacioseajustaalvalormnimoinmediatamentedespusde empezado el control a las 7:00 hrs. Esto se debe a que la temperatura interna no es controladaantesdeesahorayelvaloresdevariosgradosporencimadela temperatura requerida. Apartirdelprimerpicolademandaenelconsumodeenergaaumentahasta alcanzarotropicoalas3hrs.Elefectodeldesfasamientoporlacapacitancia trmica se puede notar ya que el mayor valor de radiacin ocurre alrededor de las 12:00 hrs. EnelmododeoperacindelaFigura6.4,elcontroldescendientedela temperatura a partir de las 13:00 hrs., demanda una mayor carga del equipo de aire acondicionado.Aqu el pico ocurre a las 19:00 hrs. porque adems se libera calor de la masa del edificio en este periodo. Captulo 6Resultados 49 Variacin pico. T Planta Alta. 15 Ago. 0100020003000400050001:002:003:004:005:006:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:000:00Hora del daCarga // Radiacin 05101520253035TemperaturaCarga sensible [W]Radiacin solar [W/m^2]Temperatura Planta Alta [C]Temperatura externa [C] Figura 6.4 Carga en verano. Tbs pico Figura 6.5 Carga en verano. TbsMax MinCaptulo 6Resultados 50 En la Figura 6.5 se muestra un aumento gradual de carga resultado del control de temperatura en modo Max Min. Al igual que en el caso de la variacin triangular o de pico, se tiene un alto consumo alrededor de las 18:00 hrs. La tabla 6.2 resume el consumo en el da, en cada uno de los modos de control. Variacin Min-MaxVariacin picoVariacin Max-MinTbsconstante 23 C 117, 774 KJ129, 193 KJ118, 405 KJ161,212 KJ Tabla 6.2 Consumo de energa (15 de agosto) Bajo cualquier tipo de control se logra una menor demanda o carga de energa del equipodeaireacondicionadoqueenelmododetemperaturaconstante.Mientras que manteniendo Tbs constante como se vio en la Figura 6.1 se consumen del orden de 160 MJ al da, bajo cualquier tipo de variacin el orden es de los 120 KJ. Pero adems, la opcin Min Max representa el consumo menor que los otros tipos de control. Sin embargo, el pico inicial de consumo de energa puede ser recortado si se inicia el control de la temperatura antes de la primera hora de ocupacin por medio de un descenso gradual de la temperatura interna hasta el valor mnimo. Esta disminucin en el pico se debe a que la transferencia de calor hacia el interior esfuncindeladiferenciadetemperaturasexternaeinternacomoloindicala ecuacin (2.9) para el clculo de la carga trmica. Entre menor sea la diferencia de temperaturas entre un paso de tiempo y el siguiente, el calor cedido al espacio ser menor y por ende, el consumo de energa en esa hora. EnlasimulacindelaFigura6.6,latemperaturamnimaseprogramalas9:00 hrs. y se inici el control a partir de las 6:00. Esto disminuy notablemente el pico dedemandaenlamaana.Sinembargo,conestemododeoperacinlaenerga consumida en el da fue de 121, 839 KJ, no menor a la variacin Min Max y Max Min de la tabla 6.2. Ahora, programando la temperatura mnima a partir de las 6:00 hrs., el pico ocurri aesahoraypartirdealllatemperaturaseincrementgradualmente.El comportamiento anterior fue graficado en la Figura 6.7. El consumo en el da para este tipo de control fue de 113,389 KJ.Este valor es ligeramente menor que si el control iniciara a partir de las 7 hrs. Captulo 6Resultados 51 Lo anterior se debe a que las cargas en cada hora son menores a lo largo del da, ya que la diferencia entre la temperatura interna y externa es ms pequea entre horas. Variacin min-max. T Planta Alta. 15 Ago. 0100020003000400050001:002:003:004:005:006:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:000:00Hora del daCarga // Radiacin 05101520253035TemperaturaCarga sensible [W]Radiacin solar [W/m^2]Temperatura Planta Alta [C]Temperatura externa [C] Figura 6.6 Carga en verano. Control con Tbs Min-Max en atraso Variacin min-max atraso. T Planta Alta. 15 Ago. 0100020003000400050001:002:003:004:005:006:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:000:00Hora del daCarga // Radiacin 05101520253035TemperaturaCarga sensible [W]Radiacin solar [W/m^2]Temperatura Planta Alta [C]Temperatura externa [C] Figura 6.7 Carga en verano. Control con Tbs Min-Max a partir de las 6:00AM Captulo 6Resultados 52 6.4.2Variacin de la temperatura interna eninvierno. Delamismamanera,sesimullavariacindetemperaturasparaundade invierno tal como se muestra en las Figuras 6.8 a la 6.11. T constanteT Planta Alta. 15 Ene. 01000200030004000500060001:003:005:007:009:0011:0013:0015:0017:0019:0021:0023:00Hora del daCarga // Radiacin 0510152025TemperaturaCarga sensible [W]Radiacin solar [W/m^2]Temperatura Planta Alta [C]Temperatura externa [C] Figura 6.8 Carga en invierno. Modo de Tbs constante Variacin min-max. T Planta Alta. 15 Ene. 01000200030004000500060001:003:005:007:009:0011:0013:0015:0017:0019:0021:0023:00Hora del daCarga // Radiacin 051015202530TemperaturaCarga sensible [W]Radiacin solar [W/m^2]Temperatura Planta Alta [ C]Temperatura externa [ C] Figura 6.9 Carga en invierno. Modo de Tbs Min-Max Captulo 6Resultados 53 Variacin max-min. T Planta Alta. 15 Ene. 01000200030004000500060007000800090001:003:005:007:009:0011:0013:0015:0017:0019:0021:0023:00Hora del daCarga // Radiacin051015202530TemperaturaCarga sensible [W]Radiacin solar [W/m^2]Temperatura Planta Alta [ C]Temperatura externa [C] Figura 6.10 Carga en invierno. Modo de Tbs Max-Min. Variacin pico. T Planta Alta. 15 Ene. 01000200030004000500060001:003:005:007:009:0011:0013:0015:0017:0019:0021:0023:00Hora del daCarga // Radiacin 051015202530TemperaturaCarga sensible [W]Radiacin solar [W/m^2]Temperatura Planta Alta [C]Temperatura externa [C] Figura 6.11 Carga en invierno. Modo de Tbs pico Captulo 6Resultados 54 En un da de invierno el consumo energtico se resume en la tabla 6.3 Variacin Min - MaxVariacin picoVariacin Max - MinT constante 23 C 108, 496 KJ105, 573 KJ103, 839 KJ75, 055 KJ Tabla 6.3 Consumo de energa (15 de enero). ComoseveenlaTabla6.3,elmenorconsumodeenergaeninviernoocurri cuandolatemperaturasemantuvoconstanteenelvalormnimodellmitede confort.Estosucedeporqueapesardequeendasdeinviernolatemperatura ambientegeneralmentecaepordebajodelvalordeconfort,laradiacinsolar proporcionapartedelaenergaparaalcanzarlatemperaturainternadeseada.A partirdeesepuntodecontrolcualquierincrementoinnecesarioenlatemperatura delespaciodemandarunamayorcargatrmicaporcalefaccin.Porlotanto,es evidentequemantenerlatemperaturaalmnimovalordeconfort(22C),esel escenario de menor consumo de energa. 6.4.3Capacitancia trmica de la masa Lacapacitanciatrmicadeledificiodependedelaspropiedadesdelosmateriales que se utilicen. En el caso de las paredes del edificio modelado, se ha considerado un valor tpico de capacitancia de 800 J/Kg-K de acuerdo a las tablas del ASHRAE [6].Sinembargoelanlisissepuedehacerconotrosmaterialesdeconstruccin conpropiedadesdiferentesdecapacitanciayconductanciatrmicasyestudiarel efecto en el consumo de energa. Por ejemplo, es posible utilizar bloques de concreto celular en la construccin del edificio, cuyas caractersticas son: Densidad ()=640 Kg/m3 Conductividad (k) =0.20 W/m-K Calor especfico (Cp) ~ 0.65 KJ/Kg-K (1) Elconsumoenergticoparaundadeveranoconestematerialtieneel comportamiento de la Figura 6.12, donde se compara con el consumo del edificio base. (1) Estimado para este material Captulo 6Resultados 55 Efecto de la masa. T Planta Alta. 15 Ago. 050010001500200025003000350040001:003:005:007:009:0011:0013:0015:0017:0019:0021:0023:00Hora del daCarga // Radiacin 051015202530TemperaturaCarga sensible celular [W]Radiacin solar [W/m^2]Carga sensible norm [W]Temperatura Planta Alta [C] Figura 6.12 Comparacin entre bloque de concreto y bloque celular Elefectocombinadodelamasayconductividaddelconcretocelularocasionan esteperfil.Porunladolagananciadecaloresmenorenlasprimerashorasde operacindebidoalaconductividadreducida,peroadems,lacapacidadpara almacenarenergaesmenorqueenelcasobase.Estoseapreciaenlasltimas horas de operacin, cuando la estructura de concreto celular empieza a ceder ms energa que el concreto del edificio base. Cuandoladensidadylacapacitanciatrmicadelamasasonmuypequeas,yla conductividad alta, la carga del edificio tendr el patrn de la ganancia instantnea en estado estable. En la Figura 6.13 se puede observar el efecto de la capacitancia trmica de la masa sobre el perfil de cargas. El efecto ms notorio es la reduccin del pico en la carga en la primera hora de encendido a menor capacitancia de la estructura. En el caso terico en que la estructura no tuviese capacidad para almacenar energa, la carga trmicarequeridaesslolanecesariapararemoverlaescasagananciapor radiacin solar y cambiar la temperatura al punto preestablecido a las 6:00 hrs. Cuandolacapacitanciaesaltaserequerirunmayorconsumodeenergapara controlar la temperatura a las 6 hrs. por el efecto al enfriar la estructura. En el caso decontarconunaaltacapacitancialamasaabsorbermayorenergadelmedio ambiente externo durante todo el da, por lo que el efecto es un consumo moderado en horas cercanas a la noche.Captulo 6Resultados 56 Efecto de la capacitancia 15 Ago05001000150020002500300035001:002:003:004:005:006:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:000:00HoraCarga Planta Alta [W]Cp = 800Cp = 500Cp = 200Cp = 1 Figura 6.13 Comparacin del efecto de la capacitancia trmica 6.4.4Efecto de la sombras Finalmente se hizo la comparacin del efecto de la sombra del colector solar sobre el edificio. La carga trmica a lo largo del da de verano para planta baja y planta alta tiene la forma de Figura 6.14. Figura 6.14 Comparacin de la cargapor elementos de sombreado Captulo 6Resultados 57 La carga trmica es disminuida desde un pico de 6000 W hasta aproximadamente 4700W a las 15:00 hrs. debido al efecto de la sombra. Es notoria la separacin en ambas cargas a partir de las 13 hrs., esto se debe a que la intensidad de la radiacin solar es muy alta a partir de esas horas y por lo mismo existe un incremento en la carga trmica por la mayor rea de exposicin a la radiacin solar. En las primeras horas de la maana la diferencia es prcticamente despreciable ya que la radiacin tiene valores muy bajos. Aunque la radiacin se estabiliza a partir de las 10:00 hrs., la diferencia en las cargas empieza a ser notoria a partir de que la masa de la estructura deja de almacenar el calor de la radiacin. Este ltimo efecto esmsnotorioyaqueelpicodeconsumosinlasombraestdesfasado aproximadamente una hora del pico de energa considerando sombra. 6.5Perfil anual de carga Para realizar la estimacin anual del consumo energtico del edificio se tomaron en cuenta los siguientes puntos: a)LatemperaturaenveranofuevariadadeacuerdoalcontrolMin-Maxen atraso, que es el modo de control que ofrece un menor consumo de energa. b)La temperatura en das de invierno fue mantenida constante en la mnima de confort (22 C). c)Se consideraron los meses de Abril a Septiembre comomeses de verano, y Octubre a Marzo como meses de invierno. d)El modo de operacin del sistema es dual, es decir, siempre se mantuvo una carga trmica en el espacio ya sea por calefaccin o refrigeracin. Esto con elfindemantenerelcontroldetemperaturasencualquierpocadelao, aunque es de esperarse que la carga por calefaccin ser mucho mayor en los mesesconsiderarosdeinvierno,ylacargaporrefrigeracinseamayoren verano. Paralosmesesdeveranoeinviernosetieneelperfildecargatrmicadelas Figuras6.15y6.16respectivamente.Lascargasdediseoporrefrigeraciny calefaccin se muestran en la tabla 6.4. Captulo 6Resultados 58 Figura 6.15 Perfil de carga trmica en verano Figura 6.16 Perfil de carga trmica en invierno Captulo 6Resultados 59 Mxima carga Refrigeracin Mxima carga Calefaccin 9922.7 W24. 6 KW 2.82 TON- Tabla 6. 4 Cargas de diseo Los datos anteriores pueden ser tomados como valores de diseo para dimensionar adecuadamenteelsistemadeaireacondicionadoycalefaccin.Losvaloresde diseo debern corresponder a equipos disponibles comercialmente, en el caso del sistema de refrigeracin ste deber ser de 3 TON de refrigeracin y 25 KW para la capacidad del equipo de calefaccin. 60 CAPTULO 7 CONCLUSION Y TRABAJO FUTURO 7.1Conclusiones Enestetrabajosehizounaestimacindelconsumodeenergaenedificiosbajo diferentesmodosdecontrol.Paratalefectosecreunmodelodelacasa experimental del centro de energa solar del ITESM. Este modelo requiri, adems delarecoleccindedatostcnicosdeledificio,lageneracindedatosdelclima para el rea de Monterrey. Estos incluyeron la temperatura de bulbo seco, humedad relativa, temperatura del punto de roco e intensidad de la radiacin solar. Conestemodeloseestudielconsumodeenergaeneledificiomediantela simulacinyvariacindeparmetroscomolatemperaturainterna,laproyeccin de sombras sobre el edificio, y las caractersticas de los materiales de construccin. Las cargas consideradas en la simulacin fueron el calor cedido por los ocupantes enhorariodeoficina,lainfiltracindeaireexternoylainfiltracindeaireentre zonas adyacentes. De los resultados de la simulacin se concluye que la variacin de la temperatura enelespacioarefrigeraresunaestrategiadeahorroenelconsumoenergtico. Esta variacin entre dos lmites de confort fue generada para tres casos: Variacin desde el lmite inferior hasta el lmite superior, variacin en pico y variacin desde el lmite superior al inferior. De los tres casos, el control desde el lmite inferior de temperatura al comenzar el horariodeocupacinhastaellmitesuperiordemostrserelmejoresquemade ahorro de energa. Esto debido a que la diferencia de temperatura entre el exterior e interior del inmueble no es muy grande a lo largo del da. El efecto de la capacitancia trmica de la estructura es benfico cuando se trata de eliminar picos en las horas de demanda con niveles altos de radiacin, sin embargo debe tenerse un equilibrio con el modo de operacin ya que en la primera hora de operacin, el modelo predice un pico mayor cuando la capacitancia es muy baja. Respecto al uso de funciones para la generacin de la temperatura de bulbo seco y laradiacinsolar,seconcluyequeelmodelosenoidalpropuestoesadecuadoya que los resultados son precisos en el 80% de los valores obtenidos al compararlos con un archivo de datos del clima para Monterrey para el simulador DOE-2. Captulo 7 Conclusin y trabajo futuro 61 7.2Trabajo futuro Elmodelodesarrolladoparaestatesispuedeservirdebaseparafuturas investigacionesenotrotipodeconstrucciones.Adems,sepuedecontinuaren temasmuyespecficosqueayudarnaunamejorestimacindelconsumo energtico en un edificio. A continuacin se describen algunos de ellos. MejorcalidadendatosdelclimaparaMonterrey.Aunqueelarchivo utilizadoenestetrabajofue validadoylosdatosgeneradoscorrespondena modelos aceptados como se ha documentado, el archivo del clima puede ser mejorado.Sepuedenperfeccionarlosmodelospropuestosdetemperatura, humedadrelativaypuntoderococonmtodosestadsticos,mejorarel ndicedenubosidad,implementardatosdevientocaracter