Arte y Cemento 2012

Sostenibilidad

MANUEL PEREZ VAZQUEZ

Ingeniero Técnico Industrial

[ESTUDIO ECONOMICO Y DE CONFORT DE

REGULACION DE CALEFACCION]

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un resumen corto del contenido del documento. Escriba aquí una descripción breve del docu-

mento. Normalmente, una descripción breve es un resumen corto del contenido del documen-

to.]

Este articulo realiza un análisis de los costes de dos tipos de regulación de calefacción (conti-

nuamente encendida o encendido periódico), con objeto de dilucidar cual de los dos es mas

conveniente, tanto desde el punto de vista económico como de confort. Al igual que en todo,

no hay formulas magistrales y la mejor solución depende de las condiciones de cada situación

concreta, como podremos ver en el análisis.

CALEFACCION ENCENDIDA VS APAGADA.

1.- INTRODUCCION.

Todos los años, con la llegada del frio, uno de los motivos más comunes de tertulia y discusión es el

coste de la calefacción y el mejor modo de regular la temperatura de la vivienda o edificio.

Uno de los temas mas habituales es discutir si es mas rentable apagar completamente la calefacción o

mantenerla encendida.

Si la apagamos completamente, la vivienda enfriara más, con lo cual al día siguiente gastaremos más

energía y en consecuencia más dinero para calentarla una vez volvamos a arrancarla. Al mismo tiempo,

hay una perdida de confort por reducción de temperatura durante los periodos sin calefacción. La

ventaja es el coste cero de energía durante el periodo en que mantenemos apagada la calefacción.

Si la mantenemos encendida, evitaremos el coste de calentar la vivienda al día siguiente,

mantendremos una temperatura uniforme, aunque por el contrario existe un coste continuado de

mantenimiento del calor en la vivienda.

El objetivo de este estudio es determinar cuanto nos cuesta al final de una semana una u otra solución,

así como cuanto desciende la temperatura y en consecuencia que grado de falta de confort tendremos.

El porcentaje de economía obtenido, podremos extrapolarlo para saber cuanto podemos economizar

con la solución mas ventajosa.

Para realizar el estudio, analizamos una vivienda aislada unifamiliar de dos plantas durante una semana,

con ambos sistemas, calentamiento continuo y calentamiento discontinuo.

El análisis se realiza mediante una simulación numérica por ordenador personal, que nos permite

calcular las perdidas de calor a través de las paredes así como la cantidad de energía que debemos

aportar para mantener la temperatura de consigna. Asimismo integraremos el coste de esta energía en

el periodo estudiado para obtener el diferencial de gasto.

Es verdad que la solución no es completamente exacta, puesto que no vamos a tener en cuenta los

aportes por iluminación, aparatos eléctricos ni el calor latente de personas, pero como lo que

pretendemos es comparar y obtener un porcentual de costes, podemos decir que la exactitud es

suficiente.

2.-CONDICIONES DE ANALISIS.

2.1. CLIMATICAS.

LOCALIZACION GEOGRAFICA: PROVINCIA DE ORENSE.

VARIACION DE TEMPERATURA EXTERIOR

DIARIAMENTE:

Si analizamos la evolución típica de temperatura de un

día de invierno en ORENSE, tenemos una grafica del

tipo que podemos ver la imagen.

La temperatura media es de 7,5 º C, con una mínima de

2,5 º C y una máxima de 12,5 º C.

Para poder aplicar esta temperatura en la

simulación numérica por ordenador, vamos a

representarlo como una función sinoidal de

amplitud 5 (variación de temperatura), frecuencia

1/86400 (un día), con un valor de base 7,5

(Temperatura media).

La onda sinoidal se desfasa 3,7 radianes para

obtener coincidencia de horas y temperaturas

máximas y mínimas

TEMPERATURA DESEADA EN INTERIOR:

La temperatura deseada en invierno en el interior la vamos a establecer en 20ºC.

2.2.- AISLAMIENTO DE LA VIVIENDA.

Suponemos el aislamiento típico de la construcción de esta zona geográfica:

-Fachada de compuesta por doble hoja de ladrillo, enfoscado y pintado por el exterior, cámara de aire y

aislamiento de poliestireno expandido de 5 cm. y enlucido y pintado por el interior de la segunda hoja.

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2

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0 5 10 15 20 25 30

Series1

El esquema de la fachada y sus características de transmisión de calor serian las siguientes:

-Forjados interiores unidireccionales de vigueta y bovedilla, con capa de regularización y tarima como

acabado superior.

-Cubierta realizada con forjado aislante y teja cerámica.

Por lo tanto sus coeficientes de transmisión son:

• Fachada: 0,50 w/m² K

• Forjados: 2,23 w/m² K

• Cubierta: 0,43 w/m² K.

• Suelo : 0,6 w/m² K

Valores coherentes con el CTE DB-HE-1, para zona climática C, que corresponde a ORENSE.

3.- ECUACIONES PARA LA SIMULACION NUMERICA.

• LEY GENERAL DE CONDUCCION DE CALOR

Donde:

- T: campo de temperaturas, T = f ( x, y, z, t )

- qG: calor generado por las fuentes internas

- k: conductividad térmica

- a: difusividad térmica

• PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

• TRANSMISION DE CALOR EN CERRAMIENTOS

-n: vector normal.

-q: Vector de flujo de calor.

-q₀: Flujo de calor entrante

4.- REPRESENTACION SIMBOLICA DEL MODELO NUMERICO PARA REALIZAR LA

SIMULACION

El sistema se integra en 4 componentes numéricos:

-CLIMATOLOGIA: Se establecen los parámetros de temperatura exterior. (Temperatura media + función

senoidal de variación diaria de temperatura).

-CLIMATIZADOR: Aporta la energía necesaria para el mantenimiento de temperatura de la vivienda, en

función de los datos recibidos del regulador. Se ha incluido un medidor de energía consumida para

calcular los costes.

-REGULADOR: Componente cuya función es recibir los datos de temperatura de la vivienda y ordenar el

suplemento necesario al CLIMATIZADOR, en función de una tabla de temperaturas deseadas a lo largo

del día durante los 7 días de simulación.

-VIVENDA: Es el componente básico. Los datos introducidos son los coeficientes de transmisión

anteriormente indicados, las ecuaciones de cálculo termodinámico y las masas a climatizar. Recibe la

energía del componente CLIMATIZADOR y del componente CLIMATOLOGIA y resuelve las ecuaciones

diferenciales resultantes.

5.- RESULTADOS OBTENIDOS.

5.1.- COMPORTAMIENTO DE LA VIVIENDA POR LA ACCION DE LA TEMPERATURA EXTERIOR SIN QUE

FUNCIONE LA CLIMATIZACION.

En el grafico de salida de la simulación podemos ver la evolución de la temperatura interior en función

de la temperatura exterior y el cálculo de transmisión entre interior y exterior.

5.2.- GRAFICO DE TEMPERATURAS Y COSTE ASOCIADO CON CALENTAMIENTO CONTINUO.

Para realizar este calculo, los datos de partida son:

-Temperatura media exterior 7,5 º C.

-Temperatura buscada en interior: 20º C.

-Horario de funcionamiento de calefacción: continuo.

-Coste energético: 45 €/MW/h

Según podemos observar, para mantener en continuo los 20 º C, debemos gastar aproximadamente 55

€/ semanales.

5.3.- GRAFICO DE EVOLUCION DE TEMPERATURAS Y COSTE ASOCIADO CON CALENTAMIENTO DE 4

HORAS DIARIAS, DE 18 A 22 HORAS.

Para realizar este calculo, los datos de partida son:

-Temperatura media exterior 7,5 º C.

-Temperatura buscada en interior: 20º C.

-Horario de funcionamiento de calefacción: Periodo diario de 18 a 22 horas.

-Coste energético: 45 €/MW/h

Como podemos observar, la temperatura a lo largo del día experimenta una caída hasta por debajo de

los 17 ºC, recuperándose una vez arrancamos la calefacción.

El coste energético es prácticamente el mismo que con la solución de calefacción continua.

PRIMERA CONCLUSION: SI NUESTRA CASA ESTA AISLADA SEGÚN LA RECOMENDACIÓN DEL CTE, EL

COSTE DE CALEFACCION ES SIMILAR MANTENIENDO LA CALEFACCION DE FORMA CONTINUA, O

ARRANCANDOLA SOLO CUANDO ESTAMOS EN CASA.

5.4.- EVOLUCION DE TEMPERATURAS Y COSTE ASOCIADO AL MAL AISLAMIENTO.

Pero el CTE es relativamente reciente, por lo que si bien hay muchas viviendas que ya se aislaban bien

antes de su entrada en vigor, también había otras cuyo aislamiento dejaba mucho que desear.

En aquella época no era raro simplemente realizar una cámara de aire que hiciese de aislante, lo cual

nos deja unos coeficientes de transmisión 1,5 W/m² K, tres veces mayor que los recomendados por el

CTE.

En estas condiciones, el grafico de evolución de temperatura y costes seria:

5.4.1.- EVOLUCION DE TEMPERATURAS Y COSTES CON CALEFACCION PERIODICA.

El coste casi se duplica y las temperaturas caen prácticamente casi hasta la temperatura exterior.

5.4.2.- EVOLUCION DE TEMPERATURAS Y COSTES CON CALEFACCION CONTINUA.

Para mantener la temperatura los costes se disparan hasta los 160 € semanales.

SEGUNDA CONCLUSION: SI NUESTRA CASA ESTA PEOR AISLADA DE LO QUE RECOMIENDA EL CTE , EL

COSTE DE CALEFACCION PARA MANTENER TODO EL DIA LA TEMPERATURA ESTABLE ES MUCHO MAS

CARO QUE CALENTARLO SOLO CUANDO UNO ESTA EN CASA.

6.- CONCLUSION.

Si poseemos una vivienda bien aislada, prácticamente podemos mantener todo el día una temperatura

estable con unas condiciones económicas satisfactorias.

Si poseemos una vivienda mal aislada, lo mejor es que encendamos la calefacción solo cuando estamos

en la vivienda, de lo contrario la factura de calefacción se va a disparar.

La realidad actual en nuestro país es que la mayoría de las viviendas existentes son anteriores a este

siglo, y en muchas el aislamiento deja mucho que desear, por lo que o bien mejoramos el aislamiento o

tendremos que pensar en encender la calefacción solo cuando estemos en casa, con los inconvenientes

que conlleva, pues la puesta en temperatura no es inmediata.

Y si tenemos que estar todo el día en casa, pues mejor aislar que gastar en energía.

TERCERA CONCLUSION: SI LA ENERGIA CONTINUA SU ESCALADA DE PRECIOS, LOS EXPERTOS EN

AISLAMIENTO VAN A TENER MUCHO TRABAJO, ESPECIALMENTE SI COMO ES DE ESPERAR LA

ADMINISTRACION TOMA CARTAS EN EL ASUNTO PARA INTENTAR REDUCIR LA FACTURA ENERGETICA.

7.- AGRADECIMIENTOS.

A Manuel Gil y Javier Ferrón por haber desencadenado la discusión que me ha llevado a realizar este

estudio.