Todos los métodos avanzados de GHEtool requieren un perfil de carga horaria, que no suele estar disponible en las primeras fases de diseño. Sin embargo, es precisamente en esta fase temprana de diseño y viabilidad cuando se deciden los conceptos y cuando resulta útil un conocimiento más profundo del potencial geotérmico. Hoy hemos resuelto este problema permitiéndole crear un perfil de demanda horaria en cuestión de segundos.
Ventajas de disponer de un perfil de carga horario
Ya hemos discutido bastante en el pasado cuál es la ventaja de tener un perfil de carga horaria (como en nuestro último artículo aquí). Los perfiles horarios contienen información importante sobre el ‘pico’ de demanda de calefacción y refrigeración del edificio y cuándo suelen producirse esos picos. Esto permite, por ejemplo, diferenciar entre un edificio con un sistema de emisión lenta (como la calefacción por suelo radiante) o uno en el que la calefacción y la refrigeración corren a cargo principalmente de la unidad de tratamiento del aire. Esta información horaria es, por tanto, esencial para optimice o simular sistemas híbridos, o a combinan refrigeración activa y pasiva con el campo de sondeo geotérmico.
Además de requerir esta información para los métodos más avanzados dentro de GHEtool, también existe el problema de la simultaneidad (del que ya hablamos en nuestro artículo anterior) en los sistemas colectivos. Cuando se conectan varios usuarios a un único campo de sondeo colectivo, la potencia máxima resultante en el campo de sondeo suele ser inferior a la suma total de todas las demandas máximas. Esto se debe a que no todos los edificios son iguales y los residentes tienen comportamientos diferentes. El porcentaje de la demanda instalada respecto a la demanda punta se denomina simultaneidad.
Debido a esta simultaneidad, la potencia para la que se diseña el campo de sondeo puede ser a veces menor, sobre todo en los grandes sistemas colectivos con más de 100 unidades. Sin embargo, en el caso de los sistemas geotérmicos, no sólo es importante el pico de demanda, sino también la duración del pico. Utilizando un perfil de carga horaria, ahora es posible estimar esto con mayor precisión y hacer que el diseño de los sistemas colectivos sea más fácil y fiable que nunca.
En la siguiente sección analizamos la metodología que hay detrás de este generador de perfiles de carga horaria, tras lo cual le mostramos lo fácil que es utilizarlo en GHEtool Cloud.
Metodología
Debe quedar claro que los perfiles de carga horaria ofrecen mucha más información en los diseños geotérmicos, pero normalmente se crean a partir de simulaciones dinámicas del edificio, que requieren bastante información, tiempo y dinero. Estas tres cosas no suelen estar disponibles en las primeras fases. Por eso hemos desarrollado una metodología para crear un perfil de carga horaria basado únicamente en los siguientes datos:
- Demanda anual de calefacción/refrigeración del edificio o edificios
- Demanda máxima anual de calefacción/refrigeración del edificio o edificios
- Potencia instalada de calefacción/refrigeración del edificio o edificios
- Perfil meteorológico (EPW o basado en la ubicación)
Nota
La potencia instalada puede ser diferente de la demanda máxima anual. Imaginemos un edificio con una demanda máxima de 12 kW pero con sólo una bomba de calor de 10 kW instalada, o al revés. Esto es especialmente importante en los sistemas colectivos con gran simultaneidad, ya que influye en la duración del pico.
Grados-día de calefacción y refrigeración
La idea que subyace a este método es que la demanda de calefacción y refrigeración está relacionada con la temperatura del aire exterior, como en el caso de los grados-día de calefacción y refrigeración (más información en aquí).
- Partiendo de un fichero meteorológico y de una temperatura umbral inicial a partir de la cual se inicia el calentamiento, se obtiene un perfil horario. Los valores más altos se producen en las horas en que la temperatura es más baja y, por tanto, la diferencia entre la temperatura y el umbral es mayor. Es en estos momentos cuando también se esperan los picos de demanda más elevados. El mismo razonamiento puede aplicarse a la demanda de refrigeración.
- A continuación, este perfil horario se escala con la demanda anual de energía (que es un dato de entrada) para crear una carga horaria que tenga la misma demanda anual que el edificio.
- Por último, debe comprobarse la potencia pico. Si la potencia pico del perfil es diferente de la demanda pico del edificio, se ajusta el umbral de temperatura para que la calefacción empiece antes o después y se repite el segundo paso.
Nota
Imaginemos, por ejemplo, que en el paso 2 la demanda punta de calefacción de nuestro perfil es superior a la demanda real estimada. En ese caso, supondremos que la calefacción empieza demasiado tarde en la temporada, ya que la demanda está demasiado concentrada, lo que da lugar a potencias punta elevadas. Reduciendo el umbral de temperatura a partir del cual se inicia la calefacción, se amplía el perfil horario y, tras el reajuste, se reducen las potencias punta.Nota
En este paso seguimos hablando de la demanda real del edificio, por lo que se utiliza la demanda punta y no la potencia instalada.
- Por último, puede ocurrir que tanto nuestra demanda anual de energía como nuestra demanda punta coincidan con el perfil, pero que la potencia punta realmente instalada sea inferior. En este caso, la potencia punta se limita a la potencia instalada y la carga se desplaza en el tiempo. Por ejemplo, si tenemos una demanda punta de 10 kW pero sólo una potencia instalada de 8 kW, entonces 1 kW se desplaza a la hora anterior y 1 kW a la hora posterior. Si esa hora también tiene una demanda superior a 8 kW, la carga se desplaza más en el tiempo, lo que aumenta indirectamente la duración del pico.
Nota
Es importante señalar que este método proporciona una primera estimación de un perfil de carga horaria realista, pero, por supuesto, depende en gran medida del propio edificio. Factores como la temperatura de confort y el comportamiento de ocupación no se incluyen en el método descrito. Por lo tanto, este método no debe utilizarse para sustituir a las simulaciones dinámicas de edificios, sino para complementarlas en las primeras fases.
Generar cargas horarias con GHEtool Cloud
En esta sección repasamos brevemente el flujo de cómo puede crear su propia carga horaria en GHEtool utilizando el método descrito anteriormente.
En la pestaña Demanda térmica, encontrará un botón ‘crear carga horaria’. Este botón sólo es visible si aún no ha cargado un perfil de carga horaria. Al hacer clic en él, se abre la siguiente pestaña.
Como ya se ha explicado en la metodología, necesitamos un archivo meteorológico para crear este perfil horario, que puede cargarse manualmente o encontrarse en función de la ubicación.
Nota
El año meteorológico tipo se crea a partir del proyecto PVGIS, que abarca todo el mundo y está disponible gratuitamente en línea mediante este enlace.
Tanto para un usuario individual como para un sistema colectivo, las entradas son las mismas: se necesita una estimación de la potencia pico en calefacción y refrigeración, así como una estimación de la demanda anual de calefacción y refrigeración para todo el proyecto. Cuando seleccionas un sistema colectivo, tienes la opción de introducir el número de usuarios conectados para calcular la simultaneidad. De lo contrario, puedes fijar la potencia instalada en un valor superior o inferior a la demanda del edificio.
A continuación se muestra la carga horaria generada para una demanda de calefacción de 15 kW.
Nota
Para su información, también se indican los umbrales de grados de calefacción y refrigeración. Esto es resultado de la metodología utilizada para conseguir un perfil con la misma potencia máxima y demanda anual de energía, y no de un ajuste estricto de la temperatura en el termostato. Así, cuando la figura anterior muestra que la refrigeración empieza por encima de 14,4 °C, esto simplemente determina cuándo empieza el periodo de refrigeración, en función de la potencia máxima de refrigeración y la demanda anual de refrigeración que haya introducido. Si cree que este umbral es demasiado bajo, puede aumentar su demanda máxima de refrigeración o disminuir su demanda anual de refrigeración para aumentar el umbral y hacer que la temporada de refrigeración sea más corta.
Para el perfil que se muestra a continuación, se fijó una potencia instalada de 12 kW para la carga de calefacción. Como puede verse, ambos umbrales de temperatura son los mismos, ya que la demanda del edificio no ha cambiado, pero el perfil tiene un aspecto ligeramente distinto. La potencia pico se reduce en invierno, lo que da lugar a una mayor duración del pico con una potencia pico menor.
Conclusión
En este artículo se analiza una función nueva pero muy potente de GHEtool para crear un perfil de carga horario con sólo un mínimo de ajustes. La ventaja es que, incluso en las primeras fases, se dispone de los métodos más avanzados de GHEtool y se puede tener en cuenta la simultaneidad de los sistemas colectivos sin depender de complicadas y costosas simulaciones dinámicas de edificios.
Referencias
- Vea nuestro vídeo explicativo en nuestra página de YouTube haciendo clic en aquí.