Procedimiento de obtención de las condiciones de temperatura y humedad relativa de ambientes interiores para la optimización del confort térmico y el ahorro energético en la climatización.

Una tercera parte de la energía primaria se consume en edificios no industriales.Para la optimización energética en ambientes interiores se realizó el estudio de los índices de confort.Dada la complejidad y coste de los sistemas de captación de las variables necesarias para la obtenci6n de dichos índices de forma continuada, por medio del módulo de confort, ha surgido la necesidad de desarrollo de un nuevo procedimiento basado en la obtención de las constantes del modelo definido por la ASHRAE. Este modelo permite estimar estos índices en función de la temperatura y la humedad relativa. Para ello se ha realizado la regresión de los datos reales obtenidos por medio del módulo de confort.Esto permitirá la definición de las características de un ambiente térmico de una forma mucho más sencilla y económica

Procedimiento de obtención de las condiciones de temperatura y humedad relativa de ambientes interiores para la optimización del confort térmico y el ahorro energético en la climatización.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de las condiciones de temperatura y humedad relativa de ambientes interiores para la optimización del confort térmico y el ahorro energético en la climatización, cuyo ámbito de aplicación son los sistemas de climatización, calefacción, refrigeración y cualquier otro que necesite el estudio de las condiciones en ambientes.

Antecedentes de la invención

Una tercera parte de la energía primaria se consume en edificios no industriales (viviendas, oficinas, hospitales y colegios), donde se utiliza para calefacción, refrigeración, iluminación y otros equipos eléctricos. El consumo de energía para este fin es comparable a la utilizada en el sector del transporte. Por tanto, la energía consumida en edificios contribuye a la utilización de combustibles fósiles y a la producción de dióxido de carbono.

El primer paso para la optimización energética en ambientes interiores se centra en el estudio de dichas condiciones por medio de los correspondientes índices de confort térmico general, voto medio previsto (PMV) y porcentaje de insatisfechos (PPD), definidos por Fanger en sus estudios.

El voto medio previsto predice el valor medio de la sensación subjetiva de confort de un grupo de personas en un ambiente determinado en una escala de +/-3 que pasa por el 0, la neutralidad térmica.

El porcentaje de insatisfechos predice el porcentaje de individuos que estarían insatisfechos en un ambiente determinado y que, por lo tanto, tendrían un voto medio previsto de -3, -2,2 y 3.

Para la obtención de estos índices de forma exacta se requiere el muestreo de forma continuada de la temperatura media radiante, temperatura operativa, humedad relativa, velocidad del aire y un cálculo del ritmo metabólico y del aislamiento térmico de la vestimenta de los ocupantes, CLO, tal y como se indica en las patentes JP2223751 y JP2275236. El problema de esta solución radica en que, dada la complejidad del modelo de Fanger, no es factible la determinación del valor de la variable a corregir para que un ambiente se mantenga en condiciones óptimas de PMV. Además, existe un coste muy elevado de sensores y aparatos de muestreo al realizarse éste de forma continuada.

También se han desarrollado sistemas de control basados en redes neuronales, JP4186044, los cuales son factibles para instalaciones de gran complejidad técnica. Sus inconvenientes radican en la necesidad de un tiempo de aprendizaje muy elevado y la imposibilidad de la determinación de las condiciones óptimas a partir de la red desarrollada.

Finalmente, existen modelos aproximados que pretenden acercarse a las condiciones interiores como el de JP10332187. Dichos modelos son enormemente imprecisos y no permiten, al igual que los anteriores, la traducción de las condiciones óptimas en función de una variable de sencilla corrección. Otros indican unas correcciones de variables como la humedad relativa que implican una instalación de coste elevado, como en la JP2004060978.

La determinación de las condiciones energéticamente óptimas se muestran dentro del rango de PMV entre \pm0,5 como en la patente JP6147606. En esta patente se determina el PMV con todos los sensores necesarios y no busca las condiciones límites para el máximo ahorro y un confort térmico óptimo.

Descripción de la invención

Dada la enorme complejidad y coste de adquisición de los sistemas de captación de las variables necesarias para la obtención de los índices del confort térmico, ha surgido la necesidad de desarrollo de un nuevo procedimiento que permita estimar estos mismos índices en función de variables de sencilla adquisición por medio de un instrumental mucho más económico.

Para este procedimiento se ha escogido el modelo simplificado desarrollado por el Instituto para la Investigación Ambiental de la Universidad del Estado de Kansas, bajo contrato de la ASHRAE (ASHRAE Handbook Fundamentals, 1993). Dicho modelo define el voto medio previsto como el producto de las constantes a, b y c por las variables de temperatura y presión parcial del vapor del aire del recinto, tal y como se aprecia en la ecuación siguiente:

PMV = at + bP_v - c

Donde:

PMV es el voto medio previsto.

a, b y c son las constantes del modelo propias para un recinto determinado,

t es la temperatura de bulbo seco (ºC).

P_v es la presión parcial del vapor del aire húmedo presente en el recinto (kPa).

En consecuencia, las variables escogidas en este modelo han sido la temperatura y la presión parcial del vapor. Esta última es obtenida a partir de la temperatura y de la humedad relativa medidas del ambiente de acuerdo con las indicaciones de la ISO 7730.

La innovación proviene cuando, en lugar de realizar encuestas para la obtención del modelo, se procede a tomar mediciones con un módulo de confort térmico, basado en el balance térmico de un individuo. Para ello, es necesario fijar una serie de características del ambiente de estudio como la actividad metabólica desarrollada por los individuos que se encuentran en el interior (MET) y el nivel de aislamiento térmico del cuerpo humano por medio de la vestimenta y asientos (CLO).

Tras prefijar el MET y el CLO, se procede a realizar un muestreo de las variables de temperatura media del aire, temperatura media radiante, humedad relativa y velocidad del aire necesarias para definir el voto medio previsto (PMV) de acuerdo con el modelo de P. O. Fanger. Además, se realizarán las mediciones de acuerdo con las indicaciones de la ISO 7730 en períodos de cuatro horas y con una frecuencia de muestreo de quince minutos para cada estación y ambiente interior.

A continuación se realizará el promedio de los valores de las variables de temperatura, presión parcial del vapor y voto medio previsto obtenidos por medio del módulo de confort en periodos de una hora, de acuerdo con las indicaciones de la ASHRAE.

Obtenidos dichos valores promedios, se procederá a la realización de una regresión en tres dimensiones para definir el plano del confort de la zona de estudio, según el modelo simplificado de voto medio previsto de la Universidad de Kansas y teniendo en cuenta la correspondiente desviación típica.

De esta manera se obtendrá un modelo de igual estructura al definido por la ASHRAE pero con unas constantes definidas para un ambiente específico, por lo que existe una mayor aproximación al estudio de un ambiente dado.

La ventaja de este procedimiento es la rápida obtención de modelos que definan el voto medio previsto de un ambiente térmico por medio de aparatos de medida que únicamente midan las condiciones de temperatura y humedad relativa y calculen, en función de ambos, la presión parcial del vapor.

Como consecuencia de ello, las mediciones son mucho más cercanas a las condiciones de los individuos y permiten la medición de forma continuada durante los períodos de ocupación habitual del ambiente de estudio.

Otra de las ventajas de este procedimiento es que permite la búsqueda, a partir del modelo simplificado anterior, de la temperatura a la que se debe de ajustar el set-point del aparato de climatización para que se origine un desplazamiento de las condiciones del ambiente interior hacia unos valores de \pm0.5% de PMV y se reduzca así el consumo de energía.

Este proceso se utilizará en un sistema de control en lazo cerrado para que el ajuste del set-point se realice de forma automática y adecuada, tal y como se muestra en la Figura 1.

Descripción de la figura

Para contemplar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integral de la misma, una figura, en la que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa un diagrama de bloques del procedimiento de cálculo del set-point: