EVALUACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA
REAL DE UN GRUPO DE VIVIENDAS
Alumno: Israel Pérez Clemente
Profesor: Juan Soto Camino
INDICE
1.Determinación experimental de la conductividad térmica de distintos
materiales utilizados en la construcción
2.Equipo portátil para la medida de conductividades térmicas
3.Determinación “in situ” del aprovechamiento de energía en viviendas
4. Programa para cálculos para evaluar la eficiencia energética
5.Conclusiones
Caracterización térmica de
materiales.
Ladrillo Caravista Macizo
LCVMACIZO
Ladrillo Caravista Perforado LCV PERF
Ladrillo Cerámico Panal
PANAL CERAM
Ladrillo Panal de hormigón PANAL H.
Ladrillo Termoarcilla
T-A (14 cm)
( El total de materiales caracterizados es alrededor de 20 )
Caracterización experimental en el transitorio de la
transferencia de calor.
Para realizar la determinación experimental de la conductividad térmica de los
materiales y elementos utilizados en la edificación, se ha construido siguiendo la
normativa UNE, un equipo preparado para realizar la medida sobre elementos de
pequeño o gran formato.
El método utilizado ha sido el que se denomina de la PLACA CALIENTE
GUARDADA, (EN 12939 y 12667, ISO 8990) que es útil para la medida de la
conductividad térmica de materiales secos y húmedos para la construcción de alta
y media resistencia térmica.
Placa Caliente
Placas Frías
EQUIPO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DE LOS MATERIALES.
Criostato
VATIMETRO(consumo)
METODOLOGIA DE TRABAJO: Método de Lacarriere
La caracterización para un ladrillo en el transitorio es un planteamiento similar al
realizado por Lacarriere. Los termopares que controlan la placa caliente están en
contacto con el ladrillo. El ladrillo se calienta hasta 30ºC y cuando ha llegado al
estacionario entonces las placas frías se bajan bruscamente a 20ºC (línea negra
en la Figura) mientras que la placa caliente se mantiene en el valor inicial de 30ºC
(línea de cuadrados en la Figura .
35
30
Tamb2
TPCProm
TPFProm
Tamb1
25
20
15
0
100
200
300
400
500
600
METODO DE LACARRIERE
El método de Lacarriere es un método dinámico para la determinación de la conductividad
térmica de los materiales que presenta algunas ventajas con respecto a los métodos
clásicos
CONSUMO (W)
25
ESTACIONARIO 2
----------------------------------------------Del transitorio se
deduce parámetros
relacionados con la
inercia térmica del
material
20
15
tB
TRANSITORIO
CONSUMO
10
CONSUMO
5 ----------------------------------------------RESIDUAL
ESTACIONARIO 1
0
0
2000
4000
6000
TIEMPO (s)
De la diferencia de consumo entre el
estado estacionario 1 y 2 se calcula la
conductividad térmica del material
 
W consumida  l
T  S
Curva experimental Temperatura / tiempo
φ (W mˉ²)
LCVM
LPH
LPC
LCVP
360

t  0 
t tB
1 e
270
tB
180
90
t (s)
0
0
8000
16000
24000
32000
Estos resultados han sido publicados en:
Título: A new model based on experimental results for the thermal characterization of bricks
Autores: Jose-Luis Vivancos, Juan Soto, Israel Perez, Jose V. Ros-Lis, Ramón Martinez-Mañez
Revista: Building an Environment (editorial ELSEVIER)
Aceptada: 29 julio de 2008
B
  Ce 
 

   
Inercia
térmica y tB
tB (s)
1
2
    a
2
2
b
2
tB
14000
10500
LCVM
LCVP
LH 11
LH 9
LPC
LPH
TA 14
TA 19
7000
3500
0
α (s½)
0
20
40
60
80
c
2

Equipo para la determinación de la
perdida energética de los edificios.

El equipo que hemos diseñado en la forma descrita por la NORMA
UNE para la determinación de conductividades térmicas no puede ser
práctico para la medida de las pérdidas energéticas de las
edificaciones.

Por tanto hemos desarrollado un nuevo equipo portátil para tratar de
obtener información directa de la conductividad térmica de muros o
cerramientos por medida “in situ” del consumo de energía.
EQUIPO PORTATIL
Esquema del equipo portátil
de medida de consumo de
energía disipada por
cerramientos
Lectura de un suelo
Lectura de un muro
Determinación de la conductividad térmica  in situ:
Fugas de calor
W2
 W1
l
S (T 0  T 1 )
W tot  W1  W 2
W1
Wtot
S
T0
T1
Fuga de calor
Foco de
calor
Si suponemos que la
energía que atraviesa el
muro es igual a la Wtot
entonces cometemos un
ERROR por EXCESO, que
puede
evaluarse
por
medidas de la temperatura
T2 en las proximidades del
contorno del aparato de
medida.
W2
  W tot
l
l
S (T 0  T 1 )
Determinación de la conductividad térmica  in situ en
Cerramientos complejos:
Fuga de calor
W2
Fuga de calor
W3
  W tot
l
S (T 0  T 1 )
Wtot=W1+W2+W3
S
W1
l
En este caso se pueden cometer
errores importantes en la
evaluación de la conductividad
térmica del muro si se considera
como superficie total de fuga o
intercambio de calor la superficie
S, ya que existen pérdidas que
pueden ser importantes por
convección en la cámara de
aire.
EVALUACION DE LA EFICIENCIA
ENERGETICA REAL DE UNA VIVIENDA.

El equipo que hemos diseñado en la forma descrita por la NORMA
UNE para la determinación de conductividades térmicas no puede ser
práctico para la medida de las pérdidas energéticas de las
edificaciones.

El equipo portátil solo sirve para el estudio de cerramientos de una
hoja

Por tanto es necesario realizar una medida del consumo real de
energía de la edificación para evaluar su eficiencia energética.
Determinación de la resistencia térmica in situ :
T3
3
5
Text
1
WT 
W
termostato
6
Ventana
Tint
7
2
1
i


S i  Ti
li
Tcont
Puerta
Foco caliente
Control de
consumo
4
T4
La pérdida de calor a través de los tabiques con las habitaciones
contiguas, techo y suelo son relativamente fáciles de determinar, la
diferencia entre la energía consumida en la prueba y la teórica para los
elementos anteriores, nos permitirá establecer las fugas a través del
muro exterior y asociarle una Conductividad Térmica determinada.
i
METODOLOGÍA DE ESTUDIO
1.Control de consumo eléctrico mediante contador homologado
2.Generacion de calor mediante termoventiladores controlados con termostato
para homogeneizar la temperatura en la vivienda (normalmente 25ºC)
3.Medicion continua de la temperatura en cada espacio de la vivienda mediante
termómetros digitales
4.Medicion continua de la temperatura en exterior y en todos los recintos
colindantes de la vivienda controlada.
5.El estudio se ha realizado en un total de12 viviendas ubicadas en Paterna,
Tabernes y Massalfassar durante los inviernos de 2006 y 2007
6. Todas las mediciones han sido comprobadas con las lecturas obtenidas en el
Centro Meteorológico de la zona.
UBICACIÓN VIVIENDAS EN PATERNA
EDIFICIO PATERNA
Vivienda 6-A
El edificio está situado en la población de Paterna, se han construido 44 viviendas, y todas ellas
con superficies inferiores a los 70 m2 útiles. Debido a la desocupación del edificio se pudo conseguir
una medida muy exacta del consumo energético de la vivienda. Del edificio de 4 plantas se analizaron
algunas de las viviendas, cuya situación se encuentran resaltadas en la figura
Se puso en marcha la experiencia durante al menos una semana para cada una de las
viviendas estudiadas durante diciembre. Los resultados obtenidos fueron consumo de
potencia, y temperaturas interiores y exteriores, con respecto al tiempo. Los valores
obtenidos en uno de los apartamentos descritos anteriormente, quedan reflejados en la
tabla :
dia (Diciembre)
12
13
14
15
16
17
18
19
20
tiempo (h)
0.00
24.17
47.58
73.17
102.17
117.17
147.67
168.67
189.17
Kwhora
0
149
280
443
614
694
876
1003
1120
Temperatura
14.5
22.42
26.25
28.08
28.90
29.40
29.74
30.04
30.71
T exterior
14.5
15
14.8
13.2
10.7
8.5
10.8
13.7
13.8
Tabla 1 Valores de consumo y temperatura obtenidos en el edificio estudiado vivienda 4.
La sistemática seguida para la toma de medidas se ha descrito en el apartado
anterior. La tabla refleja solamente los datos más representativos, ya que se tomaron
datos durante todos los días indicados, en las distintas estancias de los apartamentos
colindantes a izquierda, derecha, arriba y debajo del estudiado. Para cada una de las
distintas estancias de este también se determinó la temperatura. El valor presente en
la memoria es el de la temperatura promedio del apartamento.
El consumo de energía a lo largo del tiempo, se puede evaluar en función de
la gráfica Energía Consumida (KW hora)/tiempo que se muestra a
continuación:
La representación gráfica es una recta de ordenada en el origen cero y
pendiente 5,944KWhora. El coeficiente de correlación es muy bueno (0.9999)
lo que nos indica que la potencia consumida a lo largo de toda la experiencia
ha sido prácticamente constante e igual a unos 5950 vatios.
1200
1000
800
Consumo(KWh) 600
y = 5.9438 t
R2 = 0.9999
400
200
0
0
50
100
150
200
tiempo (horas)
Grafico Valores de consumo obtenidos en el edificio para la vivienda 4.
Para el cálculo del consumo energético por metro cuadrado de vivienda se utiliza
la siguiente expresión:
 
Q
t  S  T
Donde ΔT es la diferencia media de temperaturas, S es la superficie de la
vivienda, t es el tiempo trascurrido entre mediciones, y Q es el calor generado por
el equipo de calefacción. Supondremos que Q es igual al producto de la potencia
consumida por el tiempo. Teniendo en cuenta esto, y a partir de los datos de la
tabla 1, presentamos la tabla 2.
El valor de  ha sido calculado para una superficie de 60.3 m2.
tiempo (h) T media viv.
0.00
14.5
24.17
22.42
47.58
26.25
73.17
28.08
102.17
28.90
117.17
29.40
147.67
29.74
168.67
30.04
189.17
30.71
T media alr.
13.48
13.51
13.71
13.84
13.73
13.57
14.09
14.55
14.90
Q(KWh)
0.00
143.65
282.84
434.90
607.28
696.44
877.73
1002.55
1124.41
T
1.02
8.92
12.53
14.24
15.17
15.84
15.66
15.50
15.81

11.05
7.86
6.92
6.49
6.22
6.29
6.36
6.23
Tabla 2. Valores de consumo y temperatura obtenidos en la vivienda 4.
En la figura se muestra el consumo energético por metro cuadrado de la
vivienda 6-A (W/ m2K) en función del tiempo. Se observa una rápida
disminución del consumo en los primeros días (de 11 hasta unos 6 W/m2ºK),
causada por los requerimientos energéticos para calentar la estructura de la
edificación, una vez se ha calentado el sistema, la pérdida es prácticamente
constante y está asociada a las pérdidas de calor del edificio.
2.5
12
ln 
 (Wm2 ºK)
2.4
2.3
10
2.2
8
2.1
2
6
1.9
1.8
4
y = 16.187x + 1.7247
R2 = 0.9898
1.7
2
1.6
1.5
0
0
50
100
150
200
tiempo(horas)
Figura. Consumo energético por metro cuadrado
de vivienda en función del tiempo.
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
1/t
Figura. Logaritmo del consumo energético por
metro cuadrado de vivienda en función de la inversa del
tiempo.
Programa elaborado para el calculo de
eficiencia energética
- En base a la información que hemos obtenido por la medida
experimental de consumo de energía en las distintas edificaciones
estudiadas.
- Aplicando las leyes generales de los distintos mecanismos de
conducción del calor (Fourier, Wien, etc.), hemos creado un programa
simple que permite estimar los consumos de energía en estado de
equilibrio térmico
Hoja principal del programa desarrollado
Las celdas en blanco son valores a
introducir y las coloreadas son
cálculos realizados automáticamente
Hoja de cálculos de resistencias y perfil térmico
de cerramientos
Evolución de la temperatura a lo largo
del tiempo con la potencia de
calefacción escogida y donde se
observa los valores experimentales
obtenidos en una de las viviendas
ensayadas
La temperatura más adecuada como base de cálculo debe estar comprendida en el
intervalo de los 20 a 22ºC para el invierno, y una temperatura próxima de 25ºC para el
verano (temperatura de confort). En ese caso los requisitos energéticos para el
acondicionamiento son netamente superiores. El programa de cálculo que acompaña a
esta memoria permite estimar de forma aproximada este valor. La curva presentada en
la figura presenta el valor teórico y experimental de la temperatura en el apartamento
6-A a lo largo del periodo de experimentación. Los modelos teóricos utilizados son lo
suficientemente aceptables como para poderlos utilizar en cálculos de estimación del
consumo de energía de la vivienda.
Vivienda 4
35
Temperatura
30
25
20
15
10
0
50
100
tiem po (horas)
150
200
En la figura se muestran los resultados obtenidos para todas las viviendas
analizadas.
Hemos comprobado que la diferencia de consumo entre unos apartamentos y
otros se debe fundamentalmente a las perdidas de calor que se producen a
traves de los ventanales y sus superficies relativas
4,8
6-B
Consumo W/m2K
4,3
11-B
21-A
21-B
3,8
Tavernes
18-B
16-A
6-A
3,3
2,8
2,3
1,8
Figura . Consumo energético por metro cuadrado de las distintas viviendas.
Conclusiones
•
Se ha estudiado el comportamiento térmico de distintas viviendas edificadas en la provincia
de Valencia e interpretado los resultados obtenido.
•
Los estudios del comportamiento térmico de distintos materiales y de edificaciones se han
realizado tanto en estado transitorio como en estado de equilibrio estacionario.
•
Se ha comprobado que para las experiencias en estado transitorio, la representación del Ln
φ (W/m2K) respecto a la inversa del tiempo (1/hr) permite obtener el correspondiente valor en el
estacionario por la intersección con el eje de tiempo.
•
Se ha caracterizado una serie de diferentes materiales utilizados para la edificación, y
publicado los resultados obtenidos en revista especializada y dado a conocer en distintos
congresos nacionales e internacionales.
•
Se ha desarrollado un modelo simple para la evaluación del intercambio de energía entre
una edificación y sus alrededores, que ha sido utilizado para la estimación de la eficiencia
energética de los diferentes tipos de cerramientos utilizados en las viviendas estudiadas.
•
Este modelo de trabajo nos ha llevado a las siguientes conclusiones particulares:
- Se ha comprobado que las pérdidas a través de ventanal pueden ser relevantes, comparándose
viviendas con sistemas oscilobatientes con sistemas de ventanas correderas. Obteniéndose los
correspondientes valores de los coeficientes de transmisión térmica (U) del acristalamiento.
- Al estudiar la perdida energética del cerramiento de las viviendas de Massalfasar, Paterna y Tabernes,
(después de desestimar las pérdidas por el acristalamiento), se obtuvo que las diferencias eran mínimas. Aun
así existe casos que no se encuentran dentro del rango.
- Se comprobó que las pérdidas por viviendas colindantes podrían ser relevantes. La causa de esto es la
escasa resistencia térmica que opone el muro medianero al paso del calor (yeso/ladrillo panal de
hormigón/yeso, que aunque acústicamente sea adecuado, térmicamente es un buen sistema conductor del
calor). Puede comprobarse que el aislamiento mejoraría sensiblemente sustituyendo el muro simple por
ejemplo por un muro doble de ladrillo hueco del 7 con una pequeña cámara de aire (de 1 o 2 cm). El programa
entregado permite analizar fácilmente estas sugerencias.
- Hemos comprobado que diferentes ordenes de composición en los cerramientos modifica la inercia
térmica de los mismos.
PUBLICACIONES
Congreso : CLIMA 2007 Wellbeing Indoors
Edición: CLIMA 2007 Wellbeing Indoors
Titulo: Experimental unsteady characterization of termal building performance
I.S.B.N.:978-952-99898-2 Fecha10/06/2007 Lugar: Helsinki Finland
Editorial: FINVAC
pag 153
Tipo de participacion: Poster
Congreso : Internacional Congress on project Engineering
Edición: XI Internacional Congress on project Engineering
Titulo: Caracterizacion experimental del comportamiento termico de viviendas
I.S.B.N.:978-84-690-81334 Fecha01/09/2007 Lugar: Lugo España
Editorial: AEIPRO
pag 338-347
Tipo de participacion: Articulo
Congreso : Internacional Congress on project Engineering
Edición: XI Internacional Congress on project Engineering
Titulo: Determinacion experimental de la conductvidad térmica de materiales de la construccion
I.S.B.N.:978-84-690-81334 Fecha01/09/2007 Lugar: Lugo España
Editorial: AEIPRO pag 348-354
Tipo de participacion: Articulo
Título: A new model based on experimental results for the thermal characterization of bricks
Autores: Jose-Luis Vivancos, Juan Soto, Israel Perez, Jose V. Ros-Lis, Ramón Martinez-Mañez
Revista: Building an Environment
Aceptada: 29 julio de 2008
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