El artículo describe la introducción de las condiciones de operación de un edificio: ocupación, iluminación, equipos, ventilación e infiltración.  El punto de partida es el final del artículo EnergyPlus6. Creación del edificio en OpenStudio.

Las ganancias internas son la suma del calor sensible y latente emitido por las fuentes situadas en el edificio: ocupación, iluminación y equipos. De forma general, tienden a aumentar la temperatura y humedad de los espacios interiores. La introducción masiva de equipos electrónicos en edificios de oficinas, o el elevado número de personas en zonas de tránsito como centros comerciales o estaciones, han contribuido a aumentar significativamente la carga de refrigeración debido a ganancias internas. Por otro lado, es necesario tener en cuenta la influencia de la entrada de aire exterior a la zona. A la entrada de aire exterior en la zona de forma controlada se le llama ventilación. La normativa española exige unos caudales mínimos de ventilación en una zona en función del número de personas y la calidad del aire interior requerida. Por otra parte, al flujo incontrolado de aire exterior que entra en el edificio a través de grietas, aberturas no intencionadas o por el uso normal de abertura de puertas y ventanas, se le llama infiltración.

Las condiciones de operación de la zona se pueden definir directamente desde OpenStudio, aunque necesitan de cierta información de la plantilla creada en el IDF Editor, como los perfiles horarios o el calor generado por cada fuente. Para ello se accede al menú Complementos->OpenStudio->ZoneLoads y aparece un cuadro de información llamado formulario Zone Loads, tal y como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Cuadro de información ZoneLoads.

A continuación se describe la definición de cada uno de estos campos.

GANANCIAS INTERNAS: OCUPACIÓN, ILUMINACIÓN Y EQUIPOS.

Los datos necesarios para una correcta estimación de las ganancias internas son los siguientes:

  • Número de fuentes de calor sensible y latente.
  • Calor disipado por cada fuente en condiciones de operación.
  • Fracciones convectiva y radiante del calor sensible.
  • Factores de simultaneidad que se aplican debido a que no es previsible que todas emitan calor simultáneamente y con la misma intensidad.
  • Horario de activación de cada fuente.

A continuación se describe cada una de las ganancias internas.

Ocupación.

La carga por ocupación se define como la cantidad de calor cedido por el cuerpo humano, que es función del sexo de la persona, del estado de actividad y la temperatura del local. En la figura 2 se muestran los campos que hay que rellenar relacionados con la ocupación:

Figura 2. Cuadro de información relacionado con la ocupación.

El primer campo solicita que se inserte el número de personas en la zona por área de suelo (número de personas por cada 100 m2). Suponiendo que la casa tiene unos 150 m2 aproximadamente, se va a introducir un número de 5 personas, que es típico de una familia con tres hijos. El motivo de que OpenStudio solicite el número de personas por área es porque elige uno de los tres métodos de cálculo que EnergyPlus tiene para calcular las ganancias internas por ocupación, que son los siguientes:

  • People: Se introduce directamente el número de personas que existen en el edificio.
  • People/Area: Se introduce el número de personas por área de suelo de la zona.
  • Area/Person: Se introduce el área del suelo por cada persona.

En el segundo campo hay que elegir el perfil de ocupación definido en el IDF Editor. El perfil de ocupación de un edificio en ocasiones es difícil de definir, porque no tiene por qué ser constante. En edificios de oficinas con horarios de trabajo definidos es más fácil, pero en una vivienda como este es el caso sí puede ser más variable en función de la actividad de la familia. Para crear un perfil de ocupación en el IDF Editor, hay que ir a la parte de "Schedules" y crear dos objetos: el "ScheduleTypeLimits" y el "Schedule:Compact". El ScheduleTypeLimits se encarga de validar parte de otros schedules. En este caso se establece un valor mínimo y máximo del porcentaje de ocupación que va a variar de 0 a 1, de manera que 0 es que no hay personas y 1 es que están las cinco personas. En la figura 3 se muestra cómo se crea el objeto, cuyo nombre es Numero_personas:

Figura 3. ScheduleTypeLimits.

A continuación se crea el perfil Schedule:Compact. Para ello se accede a Schedule:Compact y se pincha en New Object. En este perfil se va a definir el horario de ocupación en la casa, para un día laboral. El nombre del perfil es Ocup_sens_lab. En el segundo campo aparece un desplegable con los ScheduleTypeLimits definidos, y se elige el de Numero_personas, definido anteriormente. A continuación los siguientes campos se llaman Field1, Field2,..., hasta un número muy elevado. Para definir el perfil es necesario que éste contenga los siguientes elementos:

  • Through: fecha en la que se establece el perfil a definir.
  • For: días de la semana en los que es válido el perfil.
  • Until: periodo de horas del día. Para definir los diferentes horarios hay que tener en cuenta que el primer campo con ultil el horario sería de 12 de la noche hasta la hora establecida. El siguiente until iría desde la hora anteriormente fijada hasta la que se establezca en esta hora.
  • Value: Valor del perfil, en este caso varía de 0 a 1.

En la figura 4 se muestra la definición del perfil de ocupación:

Figura 4. Schedule:Compact. Perfil de ocupación.

En la figura se muestra como se distingue el perfil de ocupación para los días de la semana (Weekdays) y los días del fin de semana (Weekends), en donde se ha supuesto que no hay ocupación.

Además del perfil de operación es necesario definir la cantidad de calor disipado por la ocupación. En la figura 5 se muestra una tabla obtenida de la norma UNE-EN ISO 7730 que indica la cantidad de calor cedido por una persona en su forma sensible y latente, en función de la actividad que desempeñan.

Figura 5. Calor cedido por una persona según su actividad. UNE-EN ISO 7730.

Para una vivienda unifamiliar, se considera un calor total de 115 W, de los cuales un 60% del calor sensible es radiante y un 40% es convectivo. Para introducir el valor del calor total se crea un nuevo Schedule:Compact en el que se establece un valor constante de 115 para todo el año, llamado Ocupación_Actividad (Figura 6).

Figura 6. ScheduleCompact. Nivel de calor disipado debido a la ocupación.

Finalmente, los campos rellenados en la figura 2 relativos a la ocupación se recogen en el IDF Editor en el objeto denominado People, incluido en la parte de Internal Gains, en el que además se añade más imformación relativa a la ocupación. Se crea un objeto diferente para cada zona térmica en la que haya que incluir ocupación. En la figura 7 se muestran los campos más importantes del objeto People:

Figura 7. Objeto People.

Iluminación.

La ganancia por iluminación es toda sensible y depende en función del tipo de iluminaria se obtiene el porcentaje que es convectiva y radiante. Por ejemplo, para lámparas incandescendentes el 20% del calor es convectivo y el 80% es radiante. Para fluorescentes y halógenas se puede considerar que un 50% es convectiva y un 50% es radiante. En la figura 8 se muestran los campos que hay que rellenar relacionados con la iluminación:

Figura 8. Cuadro de información relacionado con la iluminación.

En el primer campo hay que definir la densidad de potencia de la iluminación en W/m2. Esta es una de las 3 formas que EnergyPlus tiene para calcular las ganancias internas debida a iluminación, que son las siguientes:

  • Lighting Level: Se introduce el nivel de iluminación de la zona, en W.
  • Watts/Area: Se introduce el nivel de iluminación de la zona por unidad de superficie, en W/m2.
  • Watts/Person: Se introduce el nivel de iluminación de la zona por persona, en W/persona.

El perfil de iluminación se define con un ScheduleCompact y se le da el nombre de Iluminación.

En el IDF Editor se crea el objeto Lights (en Internal Gains) que recoge toda la información relativa a la iluminación. Se crea un objeto diferente para cada zona térmica en la que haya que incluir iluminación. En la figura 9 se muestran los campos más importantes del objeto Lights:

Figura 9. Objeto Lights.

Equipos.

La carga producida por equipos puede ser sensible o latente en función del tipo de equipo. La potencia de los eequipos eléctricos tiene parte convectiva y parte radiante. La fracción convectiva de la ganancia por equipos es bastante uniforme y básicamente depende de si el aparato tiene o no ventilador. En aparatos con ventilador la fracción convectiva es del 90% y sin ventilador del 70%.

En función del tipo de equipo se puede distinguir:

  • Equipos en que una parte de energía se extrae (con dispositivo de extracción de calor), por lo que sólo se considera una parte de la potencia total.
  • Equipos que transfieren energía a un fluido que se extrae del recinto (bombas, ...). Sólo se considera el rendimiento del motor.
  • Equipos en que toda la carga se transfiere al local (ordenadores, impresoras...). Se considera toda la potencia.

 En la figura 10 se muestran los campos rellenos debido al equipamiento eléctrico y a los equipos con gas como combustible..

Figura 10. Cuadro de información relacionado con los equipos en un edificio.

VENTILACIÓN E INFILTRACIÓN

Se describe como definir la carga debida a ventilación e infiltración.

Ventilación.

El documento básico HS3 del Código Técnico de la Edificación establece los caudales mínimos de impulsión y extracción exigidos en viviendas. En la figura 11 se muestran estos caudales, en los que se considera que el aire entra a la vivienda por las habitaciones y el salón y sale por los aseos y la cocina.

Figura 11. Caudales mínimos de ventilación exigidos en una vivienda (Documento Básico HS3 del CTE).

En la figura 12 se muestran los campos que hay que rellenar relacionados con la ventilación:

Figura 12. Cuadro de información relacionado con la ventilación.

Se define que la carga de ventilación se calcule a partir del caudal de aire exterior, en litros por persona. Se define en el ejemplo un valor de 5 l/spersona, que es el mínimo exigido en los dormitorios según la figura 11. Para cada zona habría que definir un número de caudal de ventilación acorde y asignar, tal y como se muestra en la figura, el perfil de ventilación requerido. En este caso se asocia la ventilación al perfil de ocupación de la zona.

En el IDF Editor, el objeto asociado para definir la ventilación es el denominado: ZoneVentilation: DesignFlowRate. En la figura 13 se observan los campos relacionados con el objeto, en los que hay que definir para qué zona se está refiriendo, el perfil de ventilación y el método de cálculo elegido, en este caso el de flujo por persona llamado Flow/Person al que se le asigna el valor de 0.005, ya que las unidades están en m3/s. Además, el objeto ofrece la posibilidad de definir un tipo de ventilación más detallada en el que se piden una serie de coeficientes térmicos y de velocidad necesarios para calcular con más detalle la carga por ventilación. En este caso se deja la opción de ventilación natural por defecto.

Figura 13. Objeto ZoneVentilation: DesignFlowRate.

Infiltración.

La infiltración es el flujo incontrolado de aire exterior que entra en el edificio a través de grietas y otras aberturas no intencionadas, y a través del uso normal de abertura de puertas y ventanas. Este tipo de carga tiene gran incertidumbre y es difícil de estimar. Sin embargo, es importante que se contabilice en el cálculo de la demanda del edificio porque puede suponer una importante contribución en el porcentaje final en función de las condiciones específicas del estudio. En la figura 14 se muestran los campos que hay que rellenar relacionados con la infiltración.

Figura 14. Cuadro de información relacionado con la infiltración.

Se ha definido una renovación por hora con un perfil denominado Infiltración. Este perfil establece que para las 24 horas existe una infiltración de una renovación por hora en la zona. Los valores típicos de infiltración van de 1 a 10, siendo 1 un valor en el que la zona es muy estanca y 10 un valor en el que existe una gran entrada de aire no controlado a la zona.

En el IDF Editor, el objeto asociado para definir la infiltración se denomina ZoneInfiltration: DesignFlowRate. Al igual que en el objeto relativo a la ventilación hay que determinar la zona en la que se está definiendo la infiltración, el perfil de infiltración, el método de cálculo (en este caso se ha elegido el de número de renovaciones por hora, llamado AirChanges/hour) y el número de renovaciones por hora. En la figura 15 se muestran los campos relacionados con el objeto.

Figura 15. Objeto ZoneInfiltration: DesignFlowRate.

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