Casa de paja: calibrado el modelo energético
Finalizada la sensorización de la casa de paja (ver post anterior), hemos estado recogiendo datos de temperatura durante más de 2 meses en diferentes puntos del interior de la vivienda con un intervalo de tiempo de 5 minutos. Estos datos reales hacen posible la calibración y validación de un modelo energético de la casa.
Durante dicho periodo de tiempo, hemos llevado a cabo el modelo tridimensional de la vivienda con un software especializado en el cálculo de cargas térmicas de edificios. A partir de ahí, hemos realizado la simulación del mismo obteniendo, de esta manera, su comportamiento térmico, pudiendo analizar los valores obtenidos. El software seleccionado para llevar a cabo la simulación energética ha sido Cypetherm HE Plus, que utiliza EnergyPlus como motor de cálculo.
[Si lo deseáis, este programa se puede descargar gratuitamente en https://bimserver.center y se puede acceder a un curso online del mismo en https://www.udemy.com/course/cypetherm-he-plus/ también de forma totalmente gratuita.]
El primer paso es definir en el software las características del lugar en el que se encuentra la casa. Los datos climáticos los hemos obtenido de la estación meteorológica Vilareal EEA, que se encuentra a 4 km de la casa. Estos datos provienen a su vez del SIAR (Sistema de Información Agroclimática para el Regadío), perteneciente al Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación. Estos archivos CSV proporcionados por el SIAR se utilizan en la calibración y validación del modelo en el software de simulación energética durante el período de medición. Los datos meteorológicos son muy útiles en este tipo de estudios.
[Os dejamos un enlace a la página web del SIAR, de donde podéis obtener datos horarios de todas las estaciones meteorológicas españolas: http://eportal.mapa.gob.es/websiar/Inicio.aspx]
Posteriormente, creamos el modelo introduciendo los cerramientos, ventanas y puertas de forma meticulosa, ya que la precisión del modelo es primordial para su validación. Además, introducimos en el programa todas las diferentes capas de los cerramientos, así como sus propiedades térmicas.
No introducimos ninguna actividad, ni ganancia interna, para tener un modelo en concordancia con la realidad, ya que no hay ocupación ni aparatos eléctricos encendidos dentro de la casa durante el periodo de recogida de datos. Al mismo tiempo, durante las mediciones, no utilizamos ningún sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado, por lo que es necesario definirlo así en Cypetherm HE Plus.
Una vez definidos los parámetros básicos en el software de simulación, para ir más allá y con el objetivo de conseguir un modelo más preciso, evaluamos y cuantificamos los puentes térmicos lineales del edificio con el programa THERM 7.6. Los puentes térmicos constituyen verdaderas autopistas para el flujo de calor, que escapa o bien penetra en nuestra casa a través de principalmente uniones entre cerramientos o uniones con ventanas y puertas mal ejecutadas. Resultan en importantes pérdidas energéticas.
Para realizar la calibración del modelo, seguimos el siguiente procedimiento, indicado por ASHRAE:
Una vez que el modelo está completamente definido de acuerdo con la casa de paja real, y las mediciones de temperatura in situ han sido recogidas, podemos calibrar el modelo actuando sobre algunos parámetros. Tras algunas correcciones sobre el modelo inicial, obtenemos los siguientes resultados.
En la gráfica anterior representamos la evolución simulada de la temperatura durante el período de medición y las mediciones reales in situ, que se divide en 21 secciones, puesto que en algunos momentos no se ha recogido información por diferentes razones técnicas. En cualquier caso, se trata de una muestra representativa. La temperatura es realmente similar entre la simulación y las mediciones, sin embargo, se debe establecer un criterio para decidir si el modelo es válido.
A continuación, se puede observar la evolución de las mediciones de temperatura representadas, así como una banda de error del ±1% (aproximadamente ±3ºC) con el fin de observar cualitativamente la calidad del modelo.
Las mediciones de temperatura están la mayor parte del tiempo dentro de la banda definida, concluyendo que el modelo es fiable y fiel.
Calculando los indicadores identificados por ASRHAE para computar la validación del modelo, el Mean Bias Error (MBE) y el Root Mean Square Error (RMSE), obtenemos 3,08% y 7,32% respectivamente, cumpliendo con distintos criterios de validación de modelos energéticos de edificios, en especial con ASHRAE 14.
Obtenemos un valor de R^2 obtenido de 0,9037, que cumple con la recomendación de ASHRAE de un mínimo de 0,75 para la validación de modelos.
De esta manera, damos por concluida la calibración del modelo de la vivienda construida con balas de paja.
Este trabajo lo presentaremos en los congresos de CYTEF 2020 en Pamplona y en SDEWES Conference 2020 en Colonia.
Más información:
“Finalizada la sensorización de la casa de paja” (noviembre 2019)
“Estamos analizando la demanda energética de una vivienda construida con paja” (septiembre 2019)
