ENTRADAS. Humedad ambiente [%] Velocidad viento [m/s] SALIDA. Temperatura Sol-Aire. Figura 43: Esquema de la herramienta Helios.

Transcripción

1 ANEXO II. HERRAMIENTA HELIOS La metodología denotada como Helios, es un procedimiento integrado en una herramienta informática en formato de hoja de cálculo de Excel, que permite el cálculo de diversos parámetros a partir de las condiciones climáticas exteriores, y de la emisividad y absortividad ponderada de la epidermis, pero cuyo fin último es el cálculo de la temperatura solaire: ENTRADAS exterior [⁰C] Radiación global horizontal [W/m 2 ] Humedad ambiente [%] Velocidad viento [m/s] Coordenadas localidad (latitud y longitud) Emisividad y absortividad SALIDA Sol-Aire Figura 43: Esquema de la herramienta Helios. Dicha metodología puede esquematizarse como sigue, quedando además detalladas las expresiones necesarias posteriormente, así como el uso de la herramienta en sí: Sol-Aire equivalente Radiación Solar Absortividad superficie exterior convectivo - convectivo Velocidad viento Emisividad superficie exterior cielo Figura 44: Esquema de la metodología Helios. 131

2 CÁLCULO TEMPERATURA SOL-AIRE La temperatura sol-aire se calcula en función de la denominada temperatura equivalente, de la absortividad media de la epidermis del edificio, de la radiación solar y del coeficiente convectivo- como sigue: 1. s convectivo y exterior El coeficiente convectivo- no es más que la suma de los coeficientes superficiales de transmisión de calor convectivo y : : se calcula en función de la emisividad media de la epidermis del edificio, la constante de Stefan-Boltzmann W/m 2 K 4 y la temperatura media : convectivo: En la referencia ASHRAE Fund.75 (p.357) se proponen las siguientes ecuaciones elaboradas por W. H. McAdams para la convección forzada en planos verticales sin irradiación, en función de la velocidad del viento : { 2. s equivalente y La temperatura equivalente exterior, que engloba tanto la influencia de la propia temperatura exterior como de la radiación solar, se calcula como: ( ) Siendo función por tanto de las temperatura exterior y, y de los coeficientes de película convectivo,, y convectivo-. La temperatura, por su parte, engloba tanto a la temperatura de suelo como a la temperatura de cielo, y se calcula como: ( ) ( ) Se ofrecen dos posibilidades para la elección de los coeficientes de ponderación: al 50% para cada variable, y otra con un mayor peso de la temperatura de cielo. Estos coeficientes son una función del factor de forma entre la epidermis y suelo-cielo. Al nivel de estimaciones al que llega la herramienta, por simplicidad se elige la vertiente del 50%. 132

3 3. del cielo Se destacan tres procedimientos para la estimación de esta variable. AUBINET Se calcula la temperatura cielo en función de la presión de vapor del aire en las condiciones ambiente P VAPOR-OUT, del factor de nubosidad F CLOUDINESS y de la temperatura exterior T OUT : ( ) ( ) Donde el factor de nubosidad se calcula como: En función del índice de nubosidad, definido como el cociente entre la radiación real medida experimentalmente y la radiación teórica correspondiente a la localidad: Esta es la opción elegida en la herramienta. DOE En este caso, la temperatura de cielo se calcula como: ( ) En función de la temperatura exterior y de la emisividad media del cielo, definida como: [ [( ) ]] Donde el factor de nubosidad ya se ha definido en el desarrollo de Aubinet, y corresponde a la temperatura de rocío del aire en las condiciones exteriores, en ⁰ C. Método aproximado La temperatura de cielo puede aproximarse de forma simplificada como: 4. Absortividad y emisividad media Estas variables son datos de entrada para la herramienta, y por tanto deben ser estimadas por el usuario. Se propone que esta estimación se haga calculando una media ponderada por las 133

4 áreas de los distintos elementos de la epidermis, es decir, el cociente entre sumatorio de las absortividades o emisividades de cada elemento por el área del mismo, y el área total de la epidermis. Para la estimación de las absortividades se propone la siguiente tabla extraída del CTE: Tabla 26: Absortividad en función del color del elemento Para la estimación de la emisividad se puede recurrir a una extensa literatura, por ejemplo, el libro Fundamentos de transferecia de calor de Frank P, Incropera - Apéndice A: Tabla 27: Posible fuente para la estimación de la emisividad 134

5 USO DE LA HERRAMIENTA Para el correcto funcionamiento de la herramienta deben seguirse los pasos siguientes: 1. Introducir en la hoja Datos : Longitud y latitud de la localidad, en las celdas correspondientes. Corrección por hora solar, en la celda correspondiente. Emisividad y absortividad. Fecha y hora de las medidas, en formato dd/mm/aaaa h:mm:ss, en la columna Fecha. Valores de radiación global sobre superficie horizontal, temperatura exterior y humedad relativa ambiente, en las columnas correspondientes y en las unidades indicadas. Debe asegurarse que se han borrado los datos existentes de las columnas Fecha, Radiación, y Humedad antes de introducir los nuevos datos, para evitar posibles errores. La columna a la izquierda de Fecha, que corresponde a la fecha y hora en formato numérico, no debe modificarse. Además, pueden introducirse los datos con cualquier intervalo de tiempo entre ellos, pero debe tenerse en cuenta que el tiempo de ejecución aumenta exponencialmente cuanto menor es el intervalo entre medidas. Se recomienda introducir los datos en intervalos de una hora. 2. Si se ha introducido una nueva localidad, pulsar Radiación Teórica en la hoja Datos. Si ya se ha realizado este paso con la localidad actual y se ha guardado el archivo, puede evitarse repetir el cálculo. Notar que el cálculo de la radiación teórica lleva unos minutos, así que debe esperarse a que finalice totalmente. 3. Pulsar el botón Ejecutar en la hoja Datos. 4. En la propia hoja de Datos, se obtiene la temperatura sol-aire en la columna correspondiente. 135