Este documento presenta dos métodos de modelado térmico para evaluar el rendimiento de un sistema de enfriamiento evaporativo pasivo de tiro descendente (PDEC) en un edificio de oficinas. El Método I utiliza posprocesamiento para explorar estimaciones del potencial de ahorro de energía del PDEC. El Método II acopla los dominios de calor y flujo de aire para examinar los efectos del control del flujo. Los resultados muestran que el PDEC puede mantener temperaturas ideales y reducir el sobrecalentamiento, consumo de energía

1. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
1
Universidad del Estado de Sonora
Departamento de Ingeniería Química y Metalurgia
15 de septiembre del 2022
ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO PASIVO DE TIRO DESCENDENTE:
MODELADO TÉRMICO DE UN EDIFICIO DE OFICINAS
Integrantes:
Celaya Chaira Johanna
De Los Reyes Coronado Alejandra
Operaciones Unitarias II
Semestre 2022-2
Docente:
Marco Antonio Núñez Esquer

2. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
2
Enfriamiento evaporativo pasivo por tiro
descendente: modelado térmico de un edificio
de oficinas
2
Autores: D. Robinsona, K.J. Lomasb, M.J. Cookb, H. Eppelb.
a BDSP Partnership, London, UK
b Institute of Energy and Sustainable Development, De Montfort
University, Leicester, UK
Revista: Indoor Built Environment
Volumen: 96
Número: 13
Año: 2004
Páginas: 205-221

3. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
3
Índice
3
I. Introducción………………………………………………... 4
II. Objetivos del modelado térmico…………………………. 6
III. Metodología…………………………………………………8
III.I. Características del edificio estudiado………………. 9
III.II. Posibles modos de funcionamiento…………………10
III.III. Modelos de simulación………………………………11
III.IV Método I: Posprocesamiento………………………..12
III.V. Método II: Calor y flujo másico acoplados…………15
IV. Resultados…………………………………………………..18
V. Discusión y conclusiones………………………………....21
V.I. Ventajas y desventajas del método I………………..22
V.II. Ventajas y desventajas del método II………………23
V.III. Conclusiones sobre el método PDEC……………..24

4. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
4
Introducción
4

5. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
5
Introducción
5
Para reducir el consumo de energía en climas cálidos y secos, es deseable investigar medios
alternativos para enfriar espacios en edificios no domésticos. El enfriamiento evaporativo pasivo
de tiro descendente (PDEC) es uno de esos enfoques.
 Debe considerarse un complemento de las
técnicas convencionales de enfriamiento natural.
 Para cumplir con condiciones extremas, es
posible que se necesite refrigeración mecánica.
Puntos importantes sobre el PDEC

6. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
6
Objetivos del
modelado térmico
6

7. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
7
Objetivo del modelado térmico en sistemas PDEC
7
 Calcular el rendimiento térmico de los edificios PDEC.
 Predecir el probable confort térmico de los ocupantes.
 Predecir las emisiones de dióxido de carbono (CO2).
 Obtener el uso de agua de los sistemas PDEC.
 Desempeñar estrategias alternativas de control del flujo de aire.

8. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
8
Metodología
8

9. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
9
9
Figura 1. Sección de Sur (izquierda) a Norte (derecha) del
hipotético edificio PDEC
 Edificio de 5 pisos.
 Las zonas de captura se ubican al
centro.
 El aire fluye de las zonas de captura
hacia las oficinas abiertas y oficinas
celulares.
Características del edificio
estudiado

10. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
10
Posibles modos de funcionamiento
10
Ventilación y
enfriamiento mecánico.
Ventilación natural y
enfriamiento nocturno.
Ventilación natural,
enfriamiento nocturno y
enfriamiento mecánico.
Ventilación natural,
enfriamiento nocturno y
PDEC.
Ventilación natural,
enfriamiento nocturno,
PDEC y enfriamiento
mecánico.
Modo A Modo B Modo C
Modo D Modo E

11. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
11
Donde:
td = Depresión de la temperatura de bulbo húmedo t’ = Temperatura de bulbo húmedo
t = Temperatura de bulbo seco del aire ambiente
Modelos de simulación
11
Estado del aire objetivo:
Donde:
Vw = Volumen de agua ρw = Densidad del agua
Va = Volumen de aire g’-g = Diferencia del contenido de humedad en dos puntos
ρa = Densidad del aire
Volumen de agua requerido para reducir la temperatura de un volumen de aire al 70 % de la td
 La tasa de entrega de agua (vm) es citada por los fabricantes de micronizadores.

12. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
12
Método I. Posprocesamiento
12
Consiste en:
• Realizar simulaciones para nivel de ocupación, diseño del edificio y ubicación climática.
• Modelar el PDEC a 1, 5, 10, 15 y 20 ach-1.
• Almacenar parámetros.
Objetivo:
• Explorar estimaciones del potencial de ahorro de energía de PDEC.
• Calcular la temperatura interna, tasas de flujo de aire, uso de agua, consumo
de energía y horas de sobrecalentamiento.

13. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
13
Esquema de método
Figura 2. Geometría del modelo de posprocesamiento PDEC.
13
Construcción:
• Pared exterior de hormigón
• Revestimiento exterior
• Ventanas con doble
acristalamiento
• Muros acristalados
• Transmisión solar y conducción
térmica perfecta
• Condiciones adiabáticas.
27 W*m2
radiante/convectiva

14. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
14
14
MÉTODO DE COMPARACIÓN
• Modo A
• Modo D
• Modo E
MÉTODO SIN PDEC
• Ventilación natural (día) 11 ach-1
• Refrigeración nocturna (12-4) 1 ach-1 + infiltración de día
• Refrigeración nocturna(23-7) + infiltración de día

15. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
15
Método II. Calor y flujo másico acoplados
15
Consiste en:
• Calcular temperatura de bulbo seco en cada paso.
• Mapear el dominio de flujo másico en el dominio de flujo de calor.
• Vincular dos nodos, donde solamente uno está activo.
Objetivo:
• Lograr que converjan los dominios térmicos y de flujo másico.
• Examinar implicaciones de rendimiento de los controles
• Identificar los tamaños de apertura óptima.

16. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
16
Esquema de método
16
Figura 3. Vista despiezada de la red de flujo másico
superpuesta a la descripción del modelo térmico del
edificio con los tamaños de apertura del caso base.
• La geometría del modelo cambia.
• Atrio alternativo: dos conexiones
controladas (PDEC y aire fresco).
• ESP-r lee la temperatura de bulbo
seco, para seleccionar el flujo.
• Para to > 22°C se suministra 1.0 ach-1.
• Para ti > 26°C se suministra aire
abriendo entradas y micronizadores.

17. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
17
17
Variantes de diseño
• Aberturas más pequeñas (aberturas balanceadas).
• Efectos de reducir los coeficientes de descarga (0.65-0.15).
• Implicaciones del rendimiento de la falta de control del flujo.
• La simulación indica horas de funcionamiento mecánico.
• El posprocesamiento calcula el uso de agua PDEC y número de micronizadores.

18. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
18
Resultados
18

19. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
19
Resultados
• Se presentaron temperaturas secas
en la zona centro (26°C) durante
200 horas.
• Hubo sobrecalentamiento desde
junio a septiembre.
• Se presentó sobrecalentamiento de
más de 8 horas laborales.
MÉTODO I
19
Tabla 1. Comparación de los cálculos de consumo de energía
primaria, CO2 y agua de todo el edificio
1261 = Punto de ajuste de enfriamiento 26 °C, bajas ganancias internas de calor;
226h = Punto de ajuste de enfriamiento 26 °C, altas ganancias internas de calor;
3241 = Punto de ajuste de enfriamiento 24 °C, bajas ganancias internas de calor.

20. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
20
• Mantuvo la temperatura en 26 °C
sin refrigeración mecánica.
• Se necesitó de control de tamaño
de abertura.
• Debido a que la temperatura
llegaba a la ideal, cesaba el
enfriamiento nocturno.
• Se sobrecalentó menos y se
consumió menor energía y agua.
MÉTODO II
20
Tabla 2. Resumen de resultados de los casos modelados (solo se
consideran las horas ocupadas)
a = modelo de referencia; b= tamaños de abertura equilibrados; c = coeficientes de descarga reducidos;
d = sin control de flujo; # horas excediendo 28 °C.

21. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
21
Discusión y
conclusiones
21

22. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
22
Discusión y conclusiones
22
Método I: Prosprocesamiento
• Es simple de realizar.
• Puede ser utilizado por una amplia gama de
programas de simulación.
• Proporciona el rendimiento de un sistema
idealmente diseñado.
• La historia térmica de los espacios no se
modela correctamente.
• El método presupone que las tasas de flujo de
aire elegidas, se realizarán en la práctica.
• No funciona con problemas de diseño
detallados.
Ventajas Desventajas

23. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
23
Discusión y conclusiones
23
Método II: Calor y flujo másico acoplado
• Proporciona una idea de los flujos de aire
reales.
• Contempla efectos del viento y de las fuerzas
de flotabilidad.
• La creación del modelo lleva mucho tiempo.
• Los archivos de resultados son grandes
• Los tiempos de simulación son largos.
Ventajas Desventajas

24. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
24
Conclusiones sobre el método PDEC
24
 Es poco probable que un PDEC sea viable sin algún tipo de apoyo mecánico
en Sevilla.
 Las reducciones de CO2 y los ahorros de energía, en comparación con un
edificio con aire acondicionado convencional, son sustanciales
 Se pronosticaron ahorros entre el 50 y el 83 %, según la ocupación y el punto
de referencia al utilizar un PDEC.

25. Haga clic para modificar el estilo de título del patrón
25
¡Gracias por su
atención!
25