Caracterización térmica de un edificio histórico con museo y claustro

CARACTERIZACIÓN TÉRMICA DE UN EDIFICIO HISTORICO CON MUSEO Y DIRECTORES ACADÉ CARACTERIZACIÓN TÉRMICA DE UN EDIFICIO HISTORICO CON MUSEO Y CLAUSTRO GRADO DE INGENIERÍA DE EDIFICACIÓ ALUMNA: INMACULADA P DIRECTORES ACADÉ MICOS: JOSE LUIS VIVANCOS BONO CAROLINA APARICIO FERNÁ MODALIDAD: CIENTÍFICO CARACTERIZACIÓN TÉRMICA DE UN EDIFICIO HISTORICO CON MUSEO Y GRADO DE INGENIERÍA DE EDIFICACIÓ N INMACULADA P ÉREZ RUBIO JOSE LUIS VIVANCOS BONO CAROLINA APARICIO FERNÁ NDEZ CIENTÍFICO -TÉCNICO JUNIO 2011 PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 1 UPV-ETSIE INDICE 1. Objetivos.......................................................................................2 2. Historia del Real Colegio Seminario del Corpus Cristi.........................3 2.1. Emplazamiento...................................................................3 2.2. Referencia Histórica.............................................................4 2.2.1. Fundación...............................................................4 2.2.2. Construcción del edificio...........................................5 3. Modelos flujos de energía de calor en cerramientos de fachadas.........11 3.1. Transferencia de calor por Conducción.................................12 3.2. Transferencia de calor por Convección.................................14 3.3. Transferencia de calor por Radiación....................................15 3.4. Combinación de transferencia de calor................................18 3.5. Modelos de transferencia de calor por Radiación Solar............20 3.5.1. Convección............................................................23 3.5.1.1. Convección Natural o Libre..........................24 3.5.1.1.1. Superficie Exterior del Cerramiento...25 3.6. Radiación solar sobre Cerramientos Verticales........................26 4. Modelo. Circuito eléctrico con pérdidas y ganancias............................31 4.1. Descripción de los parámetros empleados en el cálculo...........36 4.1.1. Coeficiente de transferencia de calor sobre la superficie exterior..........................................................................37 5. Análisis de resultados.....................................................................38 6. Conclusiones.................................................................................51 Bibliografía.......................................................................................53 PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 2 UPV-ETSIE 1. OBJETIVOS Uno de los objetivos del presente trabajo ha sido la caracterización térmica de un edificio histórico con una fachada de tapial valenciano de 0,5 metros de espesor. Se ha planteado un modelo térmico y se analizan los resultados de la simulación. El modelo se establece para diversas orientaciones (Norte, Sur, Este y Oeste), centrándonos en este caso en particular en la fachada orientada al Sur. PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 3 UPV-ETSIE 2. HISTORIA DE REAL COLEGIO SEMINARIO DEL CORPUS CRISTI 2.1. EMPLAZAMIENTO Figura 1. Emplazamiento Colegio Seminario Corpus Cristi. [1] El edificio, que consta de Capilla y Colegio, ocupa una manzana completa, de superficie casi cuadrangular (47,11m de este a oeste y 59,79m de norte a sur). En la parte oeste, la capilla, sacristía y varias piezas destinadas para la colocación y custodia de los ornamentos, alhajas y demás servicios de las mismas; al norte, los patios, cocinas y demás dependencias; al este, la biblioteca, estancia del rector, habitaciones de los colegios e instalaciones del museo, y al sur los pórticos o entradas del colegio y capilla, y la capilla especial de la Concepción, llamada también del Monumento por el fin al que se destina. En la fachada principal recayente a la calle de la Nave, frente el edificio de la universidad, encontramos las dos portadas principales, una junto a la otra, la de la izquierda permite el acceso a un vestíbulo que a su vez da acceso a la capilla, y la de la derecha permite el paso al Colegio a través de otro vestíbulo. La portada principal, la que da acceso a la capilla y la mayor decorada, está formada por una puerta con dobles columnas dóricas PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 4 UPV-ETSIE apoyadas sobre un alto basamento. Un frontón curvo partido en cuyo centro encontramos el escudo del Patriarca y una fecha MDCIII, sobre este, otro frontón más pequeño y una inscripción CORPUS CHRISTI. En el centro de este pequeño frontón un diminuto óculo. Realzan las portadas algunos adornos de bolas. La segunda portada que permite el paso al Colegio, es una sencilla puerta adintelada con escasa o nula decoración. 2.2. REFERENCIA HISTÓRICA 2.2.1. FUNDACIÓN Fue levantado a instancias del patriarca San Juan de Ribera. Su construcción se comenzó en 1586 terminándose en 1615. Intervinieron maestros canteros como Gaspar Gregori, Guillem del Rey, Bartolomé Abril, Francisco Figuerola, entre otros. Tiene su precedente en el Colegio del Patriarca actual Colegio de Santo Domingo (Orihuela), que fue fundado por el patriarca de Antioquía y Arzobispo de Valencia, el Cardenal Fernando de Loazes, oriolano de nacimiento, edificio que llegó a ser Universidad. Fue declarado en 1962 Monumento histórico artístico nacional. En 2007 fue declarado Bien de interés cultural con categoría de monumento. PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 5 UPV-ETSIE 2.2.2. CONSTRUCCIÓN DEL EDIFICIO Figura 2. Planta edificio. [1] Todo el edificio fue construido entre 1586 y 1601. Consta de dos ámbitos diferenciado: la iglesia y la capilla de Monumento, separados por el vestíbulo; y el claustro alrededor del cual se estructuran las dependencias (refectorio, sala rectoral, biblioteca, sala de mapas). Dos torreones laterales que son cajas de escalera, sobresalen por su volumen cúbico: el más pequeño remata en una espadaña y contiene una escalera claustral de obra en baldosa, el más grande corresponde a la escalera monumental trabajada en piedra, y que después de la iglesia y el claustro es una de las piezas más notables del conjunto. PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 6 UPV-ETSIE Perfectamente conservado en sus iniciales artísticas hasta nuestros días, el conjunto del Colegio ha seguido en buena medida las recomendaciones que el patriarca Ribera estableció en las Constituciones para que la capilla se preservase “perpetuamente en la misma forma y fábrica que la dejamos sin que se pueda acrecentar ni disminuir en ella”. Las entradas adinteladas en el interior van provistas por pestillos, cerrojos y llaves. La iluminación del templo está constituida por cuerpos de luces, una linterna en la cúpula y con ventanas abocinadas; en cuanto a la elevación del pavimento en la capilla mayor y su acceso, realizado con calculadas gradas de mármol para resaltar la ceremonia religiosa. Igualmente, desde una estricta consideración arquitectónica, se puede afirmar que el Colegio del patriarca refleja con contundencia el particular acontecer arquitectónico que vive la ciudad de Valencia en las últimas décadas del siglo XVI. En los años en que se comenzó su construcción - 1586la cultura arquitectónica valenciana había integrado plenamente el lenguaje renacentista basado en la comprensión de los órdenes, en el sistema de proporciones establecido por la lección del Antiguo y por los tratados de Vitrubio, Alberti o Serlio. Pero, a su vez, había logrado integrar, recrear o innovar tradiciones del abovedado de ladrillo. PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 7 UPV-ETSIE IGLESIA La iglesia es pieza de extraordinario interés tanto en sus intencionalidades como por sus resultados. Constituye uno de los elementos más destacables del Colegio y supone la instalación en Valencia de un nuevo modelo eclesial que rompía claramente con la característica de tipología medieval de iglesia parroquial, en esos momentos de evolución. Adoptaba planta de cruz latina no marcada con gran cúpula en el cruce –“la cruz que hace el cimborrio”, tempranamente comentada en 1571 por el humanista Palmireno, protegido del propio Ribera-, espaciosa nave central de dos tramos con capillas laterales igualmente amplias y poco profundas, y un tercer tramo correspondiente al coro alto a los pies, por donde se efectúa el ingreso desde un lateral. La capilla mayor, de cabecera recta, prescinde de la tradicional forma poligonal, modificación que ya ha sido introducida años antes en algunas auspiciadas por el propio Patriarca Ribera. Figura 3. Iglesia. [1] PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 8 UPV-ETSIE ESCALERA En 1599, se capitulaba la escalera principal del Colegio, ubicada en el ángulo sureste del claustro y punto de unión de los dos pisos, la cual, en 1602, se ampliará conectándola con la biblioteca situada en un tercer nivel. Sin duda es la escalera monumental de la arquitectura valenciana y las capitulaciones de la misma se realizaron con el maestro Francisco Figueroa. Figura 4. Escalera. [1] PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 15 UPV-ETSIE 3.3. TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN Se produce transmisión por radiación cuando hay intercambio de calor con el entorno mediante absorción o emisión de energía por ondas electromagnéticas. Mientras que en la conducción y convección se precisa de un medio material para poder transportar la energía, la transmisión de ondas electromagnéticas se produce a través del vacío o atravesando un medio transparente como el aire. Todas las superficies opacas emiten energía en forma de radiación en una magnitud proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta T y de la superficie radiante A. Los cerramientos opacos emiten radiaciones de onda larga, correspondiente al infrarrojo lejano, procedente de sus superficies a temperaturas típicas del ambiente, en función de una propiedad superficial denominada emitancia, y de forma simultánea absorben radiaciones similares emitidas por las superficies visibles de su entorno, en un proceso denominado irradiación, donde se determina según la Ley de Planck: (3) Donde - Qemitida: es la emitancia superficial del cerramiento (w), - ɛ: es la emisividad del material, - σ: es la constante de Stefan-Boltzmann en W/m2K4; σ =5,67·10-8 (W/m2K4) - T es la temperatura superficial del objeto y - A es el área del objeto analizado en m2 PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 16 UPV-ETSIE Un cuerpo negro ideal emite de forma continua energía de todas las longitudes de onda, siguiendo el modelo de emisión de Planck, que además demuestra que la longitud de onda dominante es proporcional a la temperatura absorbente de la superficie radiante, obteniendo. Para un cuerpo de emisividad ɛ: (4) Siendo: ɛ= emisividad de la superficie (5) Su valor es 1 para un cuerpo negro. Para el cuerpo gris la radiación incidente (también llamada irradiación), bien se refleja, se absorbe o bien se transmite en parte. Los valores del coeficiente de emisividad van de 0 a 1, dependen del material y de la temperatura de la superficie del material analizado. Evidentemente, la emisividad de los materiales es adimensional. PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 17 UPV-ETSIE En un cerramiento respecto al exterior también se debe considerar la presencia de radiación de onda corta, correspondiente al espectro de radiación visible e infrarrojo cercano, procedente de fuentes con temperatura elevada como el sol o el alumbrado artificial. En este caso los cerramientos son cuerpos absorbentes y su capacidad absorbente depende de la absorbancia. (6) [2] Figura 8. Interacción de la radiacion con los cuerpos.(Área 2011) [3] PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 18 UPV-ETSIE 3.4. COMBINACIÓN DE TRANSFERENCIA DE CALOR. Cuando se solapan los distintos medios de transmisión térmica por conducción, radiación y convección, es difícil saber con exactitud la contribución de cada uno de ellos. También habrá que tener en cuenta la acumulación de calor por parte del material analizado que a su vez también afectará a la transmisión global del cerramiento. La radiación solar incidente en la superficie terrestre o en un cuerpo opaco en forma de onda corta se transforma en onda larga en forma de calor, solapando los efectos de radiación y convección. A su vez, el flujo de convección dependerá de la velocidad del aire que combina con la radiación. La simultaneidad del efecto de radiación y convección ha permitido definir el Coeficiente de transferencia de calor superficial,h, valor difícil de cuantificar con métodos analíticos, por lo que se proponen gran variedad de modelos simplificados. Calcular flujos con convección y radiación combinados nos permite el cálculo del calor de un cerramiento con trasferencias combinadas: (7) PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 19 UPV-ETSIE Figura 9. Anexo E del CTE. Resistencias térmicas superficiales de cerramientos en contacto con el aire exterior en m2·K/W Figura 10.Valores calculados de hsi [2] PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 20 UPV-ETSIE 3.5. MODELOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN SOLAR El sol es la fuente de energía más económica, inagotable y no contaminante, por lo que debemos conocerla para poder aprovecharla al máximo. En edificación es imprescindible tener en cuenta la incidencia de la radiación solar sobre los cerramientos o sobre los locales habitables. En climas fríos para conseguir el máximo de aprovechamiento de horas con radiación solar y en zonas cálidas para proponer medidas eficaces de protección solar. El movimiento elíptico de la tierra alrededor del sol y el giro de la tierra sobre si misma produce distintos estados de radiación que definen el día, la noche y las cuatro estaciones. La distancia al sol y las horas de radiación diaria sobre la superficie terrestre es lo que define en gran medida la climatología, y el clima es lo que debe definir el tipo constructivo. Definiremos algunos conceptos básicos para explicar cómo se ha trabajado con la radiación solar incidente en los paramentos verticales. La radiación solar que incide sobre la capa superior de la atmósfera G0 es sensiblemente inferior a la que llega a la superficie terrestre ya que los gases de la atmósfera producen un efecto de reflexión, refracción y dispersión sobre la radiación. La radiación solar que llega a la superficie terrestre después de atravesar la atmósfera, es lo que se denomina radiación solar global (G). La radiación global se divide en tres tipos de radiación: directa, difusa y reflejada. La radiación directa es, como su propio nombre indica, la que proviene directamente del sol. La radiación difusa es aquella recibida de la atmósfera como consecuencia de la dispersión de parte de la radiación del sol en la misma. Esta energía puede suponer aproximadamente un 15% de la radiación global en los días soleados, pero en los días nublados, en los cuales la radiación directa es muy baja, la radiación difusa supone un porcentaje mucho mayor. Por otra parte, las superficies horizontales son las que más radiación difusa reciben, ya que "ven" toda la semiesfera celeste, mientras PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 21 UPV-ETSIE que las superficies verticales reciben menos porque solo "ven" la mitad de la semiesfera celeste. La radiación reflejada es, como su propio nombre indica, la parte de radiación que llega al suelo y no es absorbida sino reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de reflexión de la superficie, también llamado albedo. Por otra parte, las superficies horizontales no reciben ninguna radiación reflejada, porque no "ven" superficie terrestre, mientras que las superficies verticales son las que más reciben. Dependiendo del grado de inclinación con respecto al plano vertical reciben más o menos radiación reflejada. Para los casos analizados en este trabajo, por ser paramentos verticales, tendremos en cuenta los tres tipos de radiación ya que la diferencia entre cada tipo radiación y la hora de mayor incidencia de radiación directa tiene mucho peso sobre los datos analizados. Los datos de radiación con los que se ha trabajado son los datos de la Agencia Estatal de Meteorología que tiene su base de toma de datos de radiación en Nou Campanar, como se muestra en la lectura de datos de la imagen siguiente: Figura 11. Situación Estación Metereologica Nou Campanar.Valencia. Capital: Valencia (altitud: 16 m) Latitud: 39° 28' 31'' N - Longitud: 0° 22' 32'' O PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 22 UPV-ETSIE Figura 12. Meteo Valencia. La Agencia Estatal de Meteorología (AEM) mide la radiación global incidente sobre una superficie horizontal con un piranómetro. Con los datos de radiación diaria obtenidos en esta estación se han calculado la radiación solar incidente en los planos verticales de las fachadas analizadas. Los datos proporcionados por la AEM es la radiación global sobre plano horizontal medida cada diez minutos las 24 horas del día. El piranómetro mide la radiación global horizontal incidente sobre una superficie. Generalmente se monta sobre una superficie horizontal, midiendo la radiación global incidente en un plano horizontal, compuesta por la suma de la directa y la difusa en plano horizontal. Figura 13. Datos 8 dias Meteo Valencia. [4] PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 23 UPV-ETSIE 3.5.1. CONVECCIÓN Definir la estrecha lámina de aire adosada a una superficie es lo que calcula la convección natural. Es la única capa que por ser un fluido modifica sus condiciones de temperatura y densidad, haciendo de intercambiador con el resto del fluido del ambiente interior o exterior. Por tener una densidad y temperatura distinta y ser un fluido se mueve por efecto de la gravedad de forma que cuando se calienta asciende. El movimiento de esta película de aire se ve afectado también por la inclinación de la superficie en contacto, la rugosidad y la viscosidad del flujo o aire adyacente. Esta fina capa que circula alrededor de los cerramientos intercambiando temperatura entre el material sólido del cerramiento y el fluido del aire de una estancia habitada, produce un efecto de cambio de temperatura superficial. La diferencia de temperatura entre la superficie del cerramiento y el ambiente interior es lo que provoca la convección natural en el interior de una estancia. [2] PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 24 UPV-ETSIE 3.5.1.1. CONVECCIÓN NATURAL O LIBRE. La estimación analítica de la convección natural ha sido desarrollada por distintos modelos para determinar lo que denominamos coeficiente de convección natural, que se expresa en W/m2ºC y se designa con h. En el campo de la mecánica de fluidos utilizan los parámetros adimensionales como son el Número de Nusselt, de Grashof y de Prandtl. En función de la dirección del flujo de calor, el salto térmico, el tamaño de la superficie de intercambio, la rugosidad de la superficie y del régimen del fluido si es laminar o turbulento tendremos distintos valores para estas constantes. Hay diversas referencias sobre el cálculo de estos Números desarrollados para el cálculo de conductos en instalaciones o para superficies planas. Se pueden utilizar varios métodos para obtener los valores de los coeficientes superficiales de transmisión utilizando convección y radiación. [2] PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 31 UPV-ETSIE 4. MODELO. CIRCUITO ELÉCTRICO CON PÉRDIDAS Y GANANCIAS. Aplicando el principio de la termodinámica que afirma que la cantidad de energía de un sistema permanece invariable a lo largo del tiempo, aunque dicha energía se puede transformar en otra forma de energía. Esto nos permite considerar la transformación de la energía solar en energía calorífica. Se plantea un circuito eléctrico en el que se pretende controlar o conocer las ganancias y pérdidas caloríficas, considerando las condiciones externas que pueden hacer variar el comportamiento del cerramiento: Temperatura exterior. Nou Campanar. Valencia. Radiación solar. Nou Campanar .Valencia. Viento. Velocidad y dirección. Nou Campanar .Valencia. Se va a simular la temperatura a lo largo del muro. Es difícil de validar el modelo porque es complicado medir la temperatura dentro del muro, ya que haría falta poner una sonda dentro de este, con lo cual esto crearía un puente térmico. El modelo ha evolucionado con el trabajo realizado, hasta conseguir un ajuste adecuado. Teniendo en cuenta: Radiación solar T exterior T interior Sobre un dV tenemos: (8) (9) (10) (11) PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 32 UPV-ETSIE Puesto que una fachada no genera energía consideramos G con valor 0, quedando el balance energético como: Velocidad de acumulación de energía = Flujo de entrada de energía + Flujo de salida de energía Balance de energía según la Ley de Fourier para un dV: (12) Balance de energía. Diferencia de flujo entre la entrada y la salida. Para el eje x_ podemos escribir que: (13) Sustituyendo la ecuación en el balance de energía general: (14) Eliminando el diferencial de volumen por considerarlo despreciable, obtenemos la siguiente ecuación de calor: (15) PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 33 UPV-ETSIE Consideramos que el calor sólo se conduce en la coordenada x, por lo que sólo tendremos en cuenta el dx, pudiendo escribir: (16) (17) Balance de energía según la Ley de Fourier para una placa plana (asimilable a una fachada): (18) Integrando la ecuación de Fourier tenemos: (19) [2] Existe una similitud formal entre las formulaciones de la ley de Fourier y la ley de Ohm por lo que es habitual representar sobre el modelo las pérdidas como resistencias. El modelo se calcula por diferencias finitas siendo el intervalo de tiempo considerado de 10 minutos, por lo que: ∆t = 10 minutos = 600 segundos. El incremento de tiempo es de 600 segundos. En los casos analizados, el ∆t de 10 minutos es suficiente para obtener resultados que se aproximan a la realidad. Los cálculos se realizan por aproximación respecto al valor anterior. PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 34 UPV-ETSIE Siguiendo el principio sobre la conservación de energía se plantean las siguientes ecuaciones: Figura 20. Analogía termoeléctrica. Para obtener la temperatura 4 T : (20) )*2(*)(*)(*)(*)(* * 43434344 4TTTUTTUTTUTTUTTU dt dTm pielpielpiel  )*2(* * 43 4TTTU t Tm piel    )*2(** 4344 ttt piel ttt TTTU m t TT     )*2(** 4344 ttt piel ttt TTTU m t TT     PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 35 UPV-ETSIE Para obtener 1 T , 2 T y 3 T : (21) Para obtener intp T : (22) Para obtener pext T : (23) )*2(** 32433 tttttt TTTU m t TT     )*2(** 21322 tttttt TTTU m t TT     )*2(** 1int211 tt p tttt TTTU m t TT     )(*)(* * int11int int TThiTTU dt dTm p p )(*)(* * intint1int int TThiTTU t Tm pp p   ))(*)(*(* intint1intintint TThiTTU m t TT t p tt p t p tt p    ))(*)(*(* intint1intintint TThiTTU m t TT t p tt p t p tt p    )(*)(* 4extpextextpextpext TThTTUIT  PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 36 UPV-ETSIE 4.1. DESCRIPCIÓN DE LOS PARÁMETROS EMPLEADOS EN EL CÁLCULO MASA TÉRMICA DE LA CAPA DEL CERRAMIENTO La masa del cerramiento por m2 se calcula como: (24) Donde: e = espesor de las capas en Ce = calor especifico La mitad de la masa del cerramiento se considera como tal en cada una de las capas de este. Esto implica que en cada capa se considere que la mitad de la masa afecta al interior y la otra al exterior. CALOR ESPECÍFICO ce = calor específico de cada uno de los materiales que conforman el cerramiento en [2] PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 37 UPV-ETSIE 4.1.1. COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR SOBRE LA SUPERFICIE EXTERIOR (HEXT) En la capa límite entre un fluido y un sólido, tendremos en cuenta la convección mixta de la hoja exterior. Se ha utilizado el modelo de Mc Adams que nos permite calcular h según la velocidad del viento, y varía la ecuación a partir de los 5m/s. Figura 14. Modelo simplificado para el cálculo de conveccion según Jurgens. Este valor de coeficiente superficial contempla el coeficiente de radiación y el de convección en función de la velocidad del aire exterior. En el modelo lo hemos nombrado como hext. Figura 21. Gráfica con los valores de convección mixta sobre una superficie propuestos por Mc Adams. [2] PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 38 UPV-ETSIE 5. ANALISIS DE RESULTADOS Como se observa en las siguientes gráficas, éstas describen cada una de las capas del cerramiento existiendo un máximo y un mínimo representativo para cada día. Si nos centramos en la temperatura interior de la estancia comprobamos que se ha fijado una temperatura promedio de la misma de 15ºC, aunque en ningún momento la piel interior alcanza dicha temperatura. Esto es debido a que en la simulación que hemos realizado se ha tomado hi (coeficiente de convección) como una constante (referenciado en la figura 9 y 10) y a que existe una aportación de calor desde el exterior hasta el interior del cerramiento. Este aporte de calor está siendo acumulado en las diferentes capas durante varios días, y por tanto no deja que éstas se lleguen a enfriar lo suficiente para alcanzar los 15ºC. PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 39 UPV-ETSIE En referencia a la figura 22, observamos que la temperatura interior oscila entre 15ºC y 18ºC, siendo la máxima 18,04 ºC el día 12 y la mínima 15ºC el día 1. Figura 22.Gráfica de la temperatura de la capa de la piel interior del muro. 15 18 21 Tpint Tpint PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 40 UPV-ETSIE En la figura 23, apreciamos una variacion de la temperatura de la capa 1 entre 15ºC y 20ºC, siendo en este caso la máxima 20,23ºC el día 12 y la mínima 15,02ºC el dia 1. Figura 23.Gráfica de la temperatura de la capa 1. 15 18 21 T1 T1 PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 47 UPV-ETSIE Los datos mostrados en la Tabla 2 y Figura 29 hacen referencia a los días 7,8 y 9, siendo el dia 8 el más soleado del periodo objeto de estudio. Igual que en el caso anterior hemos tomado como referencia el máximo de la temperatura de la piel, ya que es la que recibe el calor directamente y la que lo cede al resto de capas. Los máximos de las temperaturas de la piel exterior, T4, T3 y T2 se encuentran aquí en el dia 8, encontrándose los de la T1 y la temperatura de la piel interior en el dia 9. Los mínimos se encuentran todos situados en el dia 9. Al haber tomado el dia más soleado para hacer el análisis tanto el máximo de la temperatura de la piel como el de la T4 corresponden al máximo de los 12 días estudiados. Tp int T1 T2 T3 T4 T piel Máximo 17,75ºC 19,75ºC 22,07ºC 25,26ºC 31,23ºC 45,79ºC Mínima 17,73ºC 19,61ºC 21,37ºC 22,65ºC 22,61ºC 19,76ºC A. Térmica 0,02ºC 0,09ºC 0,7ºC 2,61ºC 8,62ºC 26,03ºC Tabla 2. Máximos, mínimos y amplitud térmica. Figura 29.Gráfica de las temperaturas de todas las capas del cerramiento conjuntas del día 7 al 9. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 DIAS 7-9 Tpint T1 T2 T3 T4 Tpiel PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 48 UPV-ETSIE PERFIL TERMICO En las figuras 30 y 31 nos centramos en las diferentes capas del cerramiento a lo largo de un día, en particular hemos cogido el día más soleado, el día 8, y el más nublado, el día 3. Las gráficas muestran el desfase entre las diferentes capas del muro, teniendo el punto máximo de cada una de ellas a una hora diferente lo que nos permite observar el perfil térmico de nuestro cerramiento. PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 49 UPV-ETSIE Analizando la figura 30, observamos que hay un desfase entre la temperatura de la capa de la piel exterior y las capas posteriores. Tomando como referencia las 16:00h del dia 3, cuando se produce el máximo en la temperatura piel exterior, determinaremos el desfase de los máximos del resto de capas. El máximo de T4 se produce a las 18:20h del día 3, por lo tanto el desfase respecto a T piel exterior es de 2 horas y 20 minutos. En la T3, es a las 21:30h cuando se produce siendo el desfase de 5 horas y 30 minutos. En la T2 el máximo es a la 01:10h que ya se encuentra dentro del día 4, por lo que el desfase tiene un aumento de 9 horas y 10 minutos. El de la T1 se produce a la 05:00h, por lo que hay un desfase de 13 horas. Y por último el de la temperatura de la piel interior se produce a las 08:30h y tiene un desfase de 16 horas. Figura 30.Gráfica del perfil térmico del cerramiento del día 3. 10 15 20 25 30 35 Tpint T1 T2 T3 T4 Tpiel Dia 3 16:00 18:20 21:30 1:10 5:00 8:30 PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 50 UPV-ETSIE La figura 31 nos muestra el perfil térmico del dia 8 a partir del cual analizaremos los desfases de la misma manera que hemos hecho con la figura 30, pero en este caso tomando como referencia las 16:20h del dia 8, que es la hora en la que se produce el máximo en la temperatura piel exterior. En la T4 el máximo se encuentra a las 19:30h del día 8, con un desfase respecto a la T piel exterior de 3 horas y 10 minutos. El máximo de la T3 se produce a las 23:30h por lo tanto el desfase es de 7 horas y 10 minutos. El de la T2 es a las 04:10h que ya se encuentra dentro del día 9, y tiene un desfase de 11 horas y 50 minutos. En la T1 el máximo es a las 09:10h con un desfase de 16 horas y 50 minutos. Finalmente la temperatura de la piel interior es a la 13:20h siendo el desfase de 21 horas. Figura 31.Gráfica del perfil térmico del cerramiento del día 8. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Tpint T1 T2 T3 T4 Tpiel Dia 8 16:20 19:30 23:30 4:10 9:10 13:20 PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 51 UPV-ETSIE 6. CONCLUSIONES Mediante el modelo utilizado apreciamos el proceso de calentamiento y enfriamiento de las diferentes capas conformadas por el cerramiento, pudiendo realizar tantas como se deseen y así ver las diferentes variaciones de temperaturas entre unas y otras. Se trata de un modelo exacto en el que se divide el muro y se analiza capa a capa. Se puede comprobar cómo la temperatura de la piel exterior es la que más variación presenta, de 26,03ºC, ya que nos encontramos ante la capa más caliente y al mismo tiempo la más fría, obteniendo como temperatura máxima 45,79ºC en el dia 8 y 19,76ºC de temperatura mínima en el dia 9. Mientras tanto la temperatura de la piel interior es la que presenta menor fluctuación de temperaturas, de 0,02ºC, con temperatura máxima de 17,75ºC y mínima de 17,73ºC en el dia 8. Existen diferencias entre las temperaturas máximas con respecto al dia soleado y nublado, pero son similares cuando se trata de temperaturas mínimas, a consecuencia de establecer como temperatura interior, 15 ºC. Observamos que los resultados máximos en cada piel se producen conforme avanzamos durante el periodo de tiempo analizado, provocado por la captación de calor de la capa exterior y la posterior cesión del calentamiento hacia las capas interiores. Analizando los datos obtenidos determinamos que a medida que nos acercamos a las capas más externas del cerramiento se obtienen mayores amplitudes térmicas, teniendo resultados más elevados en los días más soleados puesto que en estos casos llegamos a mayores temperaturas. La amplitud térmica de la T piel interior presenta una variación casi inexistente comparando el dia soleado y el nublado, la causa, es que nos encontramos ante la capa más alejada de la captación directa del sol y por tanto no se calienta como el resto de capas, siendo ésta la más fría. PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 52 UPV-ETSIE Con los resultados obtenidos respecto a la orientación de la fachada Sur el máximo aporte de calor se produce alrededor de las 16:00h, siendo este el periodo en el que se produce mayor captación de calor por el cerramiento. La curva del perfil térmico a esta hora es descendente y bastante pronunciada. A medida que avanza el dia la pendiente del perfil térmico resulta menos pronunciada, en general en las diferentes capas, alcanzando en las capas más internas unas variaciones casi inexistentes superando los 15ºC fijados. Cabe destacar que la T piel y la T4 presentan una curva con pendiente ascendente, provocada por la acumulación de calor procedentes de las horas solares aunque ya no se reciba calor directamente al cerramiento. Determinamos que el desfase aparece en diferentes horas a lo largo de los días analizados, siendo más costosa la absorción de calor al comienzo del análisis. A las 13:20 horas del dia 9 existe una nueva aportación de calor encargada de calentar de nuevo las pieles de la T1, T2 y T3 que han perdido calor durante el enfriamiento de las horas nocturnas. PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 53 UPV-ETSIE Llegamos a la conclusión que las construcciones llevadas a cabo por el método del tapial valenciano, mantiene unas temperaturas relativamente estables en el interior de la estancia durante todo el año, tanto en verano como en invierno, tal y como hemos podido observar en los resultados de los días más soleados, y nublados analizados independientemente de las temperaturas exteriores. El tapial posee características higroscópicas, teniendo capacidad de difundir el calor y almacenar el frio o calor, siendo un buen aislante con emisión di activa muy baja. La gran inercia térmica de este sistema constructivo le permite permanecer fresco durante el dia y soltar el calor acumulado durante la noche. PFG_ Caracterización Térmica de un Edificio Histórico 2010/2011 Inmaculada Pérez Rubio 54 UPV-ETSIE BIBLIOGRAFIA [1] http://www.jdiezarnal.com/valenciacorpuscristi.html [2] Carolina Aparicio Fernández. Revestimientos ventilados en la arquitectura contemporanea. Influencia del diseño constructivo y su entorno en el comportamiento térmico. Tesis. [3] Juan Soto. Apuntes Área Eficiencia Energética 2010-2011. [4] Estación Meteorológica Meteovalencia. www.meteovalencia.es [5] PVGI’S http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/