Simulación energética y evaluación del confort

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21/02/2020

Con frecuencia en la simulación energética se suele focalizar el resultado en las demandas o consumos energéticos y sus consecuencias económicas o ambientales y se suele olvidar que el objetivo de la eficiencia energética es en primera instancia asegurar el confort de los usuarios. Parece lógico que en cualquier caso (flotación libre / cálculo de demanda / cálculo de consumos) debería hacerse en un estudio para realizar una evaluación del confort, es decir, constatar si el edifico responde a las demandas de confort de los usuarios.

Lo anterior plantea el problema de determinar cuáles son los parámetros que permiten cuantificar la sensación (subjetiva) de confort para los usuarios y cómo pueden obtenerse de las herramientas de simulación energética.

Temperatura del aire o temperatura operativa

Está claro que la temperatura es uno de los principales parámetros que determina la sensación de bienestar térmico en las personas.

En un recinto cerrado se distingue entre la temperatura media del aire y la temperatura media radiante percibida por los usuarios debido a las temperaturas superficiales de los cerramientos.

tipos-temperaturas-aire

La temperatura del aire es “insuficiente” para evaluar el confort térmico de las personas ya que no toma en consideración la temperatura radiante que es una de las principales fuentes de falta de confort.

Los equipos de climatización proporcionan una adecuación de la temperatura del aire acercándola a las consideradas aceptables pero no actúan sobre las temperaturas radiantes y no permite por lo tanto eliminar el fenómeno indeseado de “paredes frías o calientes”.

Habitualmente los cálculos de eficiencia energética establecen las temperaturas de consigna en función de la temperatura del aire y por lo tanto poco adecuados para evaluar el confort de los usuarios en los edificios.

La evaluación del confort debe pues basarse en la temperatura operativa.

Las herramientas de simulación energética avanzadas permiten calcular y mostrar los resultados de las diferentes temperaturas y por lo tanto basta con que el proyectista extraiga estos datos y los use adecuadamente para estimar el grado de confort de los usuarios.

Evaluación del confort

Temperatura máxima y mínima

Se trata de reportar cuál es la temperatura operativa máxima o mínima en un recinto para determinar si el recinto se escapa de la banda de confort convencional.

banda-de-confort

Este método sencillo permite rápidamente identificar si un recinto sale de la banda de confort pero por si solo es insuficiente para determinar la duración y la profundidad (aparte de los extremos) de esta falta de confort.

Horas fuera de confort

Se trata en este caso de contabilizar el número de horas fuera de confort (no es lo mismo que fuera de consigna) para lo cual es necesario prefijar un valor de referencia “alto y bajo” para la banda de confort.

Banda-horas-fuera-confort

Las herramientas de simulación con la ayuda de hojas de cálculo permiten fácilmente efectuar el cómputo de horas fuera de confort por calor o frio excesivos en función de las temperaturas de referencia que deseemos considerar.

Calculo horario:

calculo-horario-confort

Fácilmente se obtiene un resumen mensual:

resumen-mensual-horas-confort

Y representarlo mediante gráfico:

grafico-horas-fuera-confort

Este indicador permite tener una mejor idea de la duración de los periodos de falta de confort pero no permite por si solo tener idea de la magnitud de esta falta de confort por lo que es también un indicador insuficiente.

Grados hora fuera de confort

Si se establece una temperatura de referencia se puede calcular el valor acumulado de las diferencias de temperaturas multiplicado por el número de horas que esta diferencia se produce.

grados-hora-fuera-de-confort

La exportación de los resultados de la temperatura operativa obtenidos de la simulación energética permite fácilmente con ayuda de hojas de cálculo efectuar el cálculo de este indicador.

Lo que permite obtener un resumen mensual:

resumen-mensual-temperatura-operativa

Expresándolo en forma de gráfico:

grafico-temperatura-operativa

Este indicador permite evaluar simultáneamente la duración y la intensidad del grado de falta de confort por lo que puede ser útil para evaluar el confort proporcionado por diferentes soluciones en el diseño y construcción de los edificios.

El inconveniente de este indicador es que se basa solo en la temperatura y no toma en consideración otras variables como pueden ser la humedad, el grado de vestimenta, la actividad de las personas,… por lo que también tiene sus limitaciones.

Confort adaptativo

La sensación de frío o calor es relativamente subjetiva y responde en buena parte a las expectativas que nos formamos las personas en función de la experiencia de sensaciones que hemos tenido en los días previos

De alguna manera los humanos adaptamos nuestras sensaciones al entorno en que vivimos de aquí que a esta forma de avaluar el confort térmico se le denomina adaptativo.

Se trata de evaluar la temperatura operativa de un recinto no en base a un valor fijo prestablecido sino a un valor medio ponderado de los días precedentes.

En este caso es preciso calcular previamente este valor de referencia derivado de los valores de temperatura de los días precedentes.

La temperatura de confort adaptativa está concebida fundamentalmente para evaluar la sensación de calor por lo que su análisis se suele limitar a los meses “cálidos”.

La norma EN15251 y la Ashrae 55 definen el cálculo de la temperatura de confort adaptativo

Las herramientas de simulación permiten efectuar este cálculo y grafiar los resultados comparativos con las temperaturas operativas del recinto objeto de evaluación.

confort-adaptativo

Como se ha mencionado este método está especialmente indicado para evaluar el confort en régimen de verano en zonas templadas y cálidas.

PMV – Predicted Mean Value

La sensación de confort térmico es bastante más compleja que una simple comparación de temperaturas, por ej la humedad, el tipo de vestimenta y actividad influyen también en la percepción del confort por lo que algunas teorías basadas en estudios estadísticos tratan de poner en correlación todos estos parámetros mediante una escala.

En el caso de la escala de Fanger los valores oscilan entre 3 (caluroso) a -3 (frio) y se basan en la consideración conjunta de los parámetros antes mencionados.

El PMV (Predicted Mean Value) es el indicador usado por este modelo de confort.

Las herramientas de simulación también permiten efectuar este tipo de cálculos para que puedan ser usados en el análisis energético de los edificios basándose en la obtención del confort para los usuarios.

grafico-predicted-mean-value

Humedad relativa y concentración de CO2

La obtención del confort térmico no debería conllevar una degradación de la calidad del aire en los edificios por lo que de forma paralela a los estudios sobre el confort no deberían olvidarse las evaluaciones sobre la calidad de aire.

En concreto el CO2 y el vapor de agua procedente de la actividad metabólica de los usuarios.

Las herramientas de simulación tienen implementados modelos para efectuar este cálculo de forma simultánea a los anteriores.

grafico-humedad-relativa

grafico-concentracion-co2

Conclusión

La eficiencia energética no debería centrarse solo exclusivamente en los aspectos relacionados con el consumo de energía sino que debería también servir para analizar en profundidad los aspectos relacionados con el confort de las personas

El confort está muy directamente relacionados con el diseño y construcción del edifico y relativamente poco con los aspectos relativos a los sistemas energéticos o incorporación de energías renovables más allá de la obtención de temperaturas adecuadas.

Las herramientas de simulación energética son mucho más potentes y proporcionan información detallada para facilitar la concepción de los edificios desde un punto de vista del confort de los usuarios, usarlas solo para evaluar la demanda o el consumo de energía es infra-utilizar la potencia de estas herramientas.

 

 

 

 

 

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