Calibración de equipos climáticos en modelos energéticos detallados (Caja blanca)

Abstract

El crecimiento de la población a nivel mundial y la persistente dependencia energética de los combustibles fósiles intensifican los impactos del cambio climático, los cuales están mayormente asociados a las emisiones de dióxido de carbono. Investigaciones demuestran que el consumo de energía en los edificios representa el 40 % del consumo global de energía primaria y contribuye al 36 % de las emisiones de carbono. A raíz de la tendencia actual, influenciada por diversos factores sociales, económicos y políticos, se estima que el consumo de energía y las emisiones podrían duplicarse o incluso triplicarse para el año 2050. Por lo tanto, la mejora de los edificios existentes puede generar un ahorro energético de entre el 50 % y el 90 % a nivel mundial. Es evidente que la reducción del consumo energético en los edificios resulta vital para optimizar la asignación de recursos en diferentes áreas críticas de desarrollo, tales como la salud, la educación y la reactivación económica, entre otras. Diversos países alrededor del mundo han optado por abordar este desafío, incorporando políticas energéticas en los códigos de construcción y estableciendo programas de certificación que establecen límites de consumo energético. Estas iniciativas tienen como objetivo encontrar soluciones que mejoren la eficiencia energética, reduzcan los costos de mantenimiento y disminuyan las emisiones de CO2. La realización de un estudio energético de los edificios se posiciona como una de las herramientas más efectivas para desarrollar una estrategia de ahorro energético, ya que permite evaluar el estado actual del edificio y proponer la implementación de medidas de conservación de energía, optimización de los sistemas de climatización y adopción de nuevas tecnologías. Por esta razón, resulta imperativo abordar adecuadamente el complejo problema de establecer el rendimiento energético real de un edificio. La obtención de un modelo de simulación energética de edificios que reduzca la brecha entre la simulación y la realidad constituye uno de los desafíos actuales. Un gemelo digital, capaz de representar de manera confiable la física del edificio en condiciones normales de operación, permite evaluar múltiples soluciones en un entorno no intrusivo y de bajo coste, como es el caso de la simulación. Si los estudios de conservación de energía pudieran respaldarse en un modelo energético calibrado, cuyo comportamiento energético se asemeje al del edificio real, la calidad de los resultados en ahorro energético y el rendimiento de dichas medidas de conservación mejorarían significativamente. Entre las numerosas ventajas de estos modelos, se encuentran la capacidad de identificar áreas críticas dentro del edificio que requieren mayor estudio, el diseño de estrategias de conservación de energía, el establecimiento de una línea base para contratos energéticos, la optimización del sistema de climatización, la puesta en marcha de equipos de climatización y la detección de fallos. La presente tesis de investigación se basa en el trabajo previo de Bandera, Ramos et al, quienes se enfocaron en calibrar la envolvente del edificio. Al conocer la cantidad de energía que se pierde a través de la envolvente, podemos determinar la demanda energética del edificio (Anexo 49). Una vez que la envolvente se encuentra calibrada, considerando las solicitudes y cargas (ocupación, equipos, iluminación, etc.), se obtiene una demanda energética que debe ser atendida exclusivamente por los sistemas de climatización del edificio. El objetivo de este trabajo es calibrar los parámetros de los diferentes componentes de los equipos del sistema de climatización, generando un modelo energético del edificio que correlacione las condiciones internas de temperatura con la demanda térmica y el consumo energético de los equipos de producción térmica (rendimiento de la instalación). Solo al realizar esta doble evaluación, manteniendo las condiciones de temperatura interior de los espacios y obteniendo un consumo energético similar al real, podremos hablar de un modelo térmico y energético completo del edificio (modelo calibrado).