Dominio del terreno - Temperaturas inalteradas del terreno

Pestaña Temperatura inalterada del terreno del diálogo Dominio del terreno .

Durante la simulación EnergyPlus necesita acceder a la distribución de temperaturas en el terreno «inalterado» del emplazamiento. Es la temperatura que existiría en el terreno durante el año si no hubiera edificios. EnergyPlus ofrece tres formas de calcular estas temperaturas:

• 1-Diferencias finitas, la opción predeterminada.
• 2-Kusuda-Achenbach,
• 3-Xing.

A continuación se proporciona más información sobre estas opciones. Todos los métodos de cálculo también requieren las propiedades térmicas del terreno definidas por el material del suelo en la pestaña Suelo.

Diferencias finitas

El método de diferencias finitas utiliza un modelo de transferencia de calor 1-D que obtiene las condiciones de contorno superficiales del archivo meteorológico. Durante la inicialización se ejecuta una simulación anual del terreno hasta que el perfil anual de temperaturas alcanza un comportamiento periódico estacionario. Una vez alcanzado, las temperaturas del terreno se almacenan para recuperarlas durante el resto de la simulación.

Esta opción no requiere datos adicionales.

Aspectos técnicos

 

Este modelo utiliza un modelo implícito de diferencias finitas 1-D de transferencia de calor para determinar la temperatura anual periódica estacionaria del terreno. Con un paso diario, ejecuta una simulación anual usando el archivo meteorológico proporcionado por el usuario para determinar las medias diarias de radiación horizontal global, temperatura del aire, humedad relativa y velocidad del viento. Una vez determinada la temperatura periódica estacionaria, se almacena para usarla después en la simulación. La base del modelo procede de Xing, 2014, pero los métodos numéricos se adaptaron de Lee, 2013: este último utiliza un método implícito de diferencias finitas numéricamente estable, mientras que el primero utilizó uno explícito condicionalmente estable. Las condiciones de contorno del balance térmico superficial son similares a las descritas por Herb et al., 2008. La evapotranspiración se considera según Allen et al., 1998. También se considera la congelación del suelo con el contenido de humedad estancada supuesto. El modelo no considera los efectos de la cubierta vegetal, nieve, flujo de aguas subterráneas, transporte de humedad del terreno ni escorrentía superficial.

Kusuda-Achebach

El método Kusuda-Achebach proporciona una temperatura del terreno inalterado basada en la correlación desarrollada por Kusuda T. y P. Achenbach en 1965. La correlación utiliza tres parámetros de temperatura superficial para definir la temperatura del terreno inalterado en función de la profundidad y el tiempo. Si se considera sinusoidal la temperatura a una profundidad dada, se necesitan la temperatura media del terreno, la amplitud (diferencia media entre las temperaturas máxima y mínima) y el desfase (día de temperatura superficial mínima).

Aspectos técnicos

Donde:

T(z, t) es la temperatura del terreno inalterado en función del tiempo y la profundidad.

T_s es la temperatura media anual de la superficie del suelo, en °C.

Δ T_s es la amplitud de cambio de la temperatura del suelo durante el año, en °C.

ϴ es el desfase o día de temperatura superficial mínima.

α es la difusividad térmica del terreno.

τ es la constante de tiempo, 365.

Temperatura media anual de la superficie del terreno de Kusuda-Achebach

Temperatura media de la superficie del terreno durante todo el año (en °C o °F)

Amplitud media anual de la temperatura superficial del terreno de Kusuda-Achebach

Amplitud media de la temperatura superficial del terreno (en °DeltaC o °DeltaF)

Desfase de la temperatura superficial mínima de Kusuda-Achenbach

Día del año con la temperatura superficial del terreno más baja (en días).

Xing

Este modelo utiliza la correlación desarrollada por Xing, 2014 para predecir la temperatura del terreno inalterado. Es un modelo de 5 parámetros y 2 armónicos basado en el trabajo de Lord Kelvin (Thomson, 1862). Deben proporcionarse la temperatura media superficial del suelo y dos conjuntos de amplitud y desfase de temperatura superficial.

Aspectos técnicos

 

Los parámetros para más de 4000+ ubicaciones internacionales figuran en Xing, 2014. Thomson, W. 1862. ‘On the Reduction of Observations of Underground Temperature, with applications to Professor Forbes’ Edinburgh Observations and the continued Calton Hill Series.’ Proceedings of the Royal Society of Edinburgh. IV: 342-346. Xing, L. 2014. Estimations of Undisturbed Ground Temperatures using Numerical and Analytical Modeling. Ph.D. Diss. Oklahoma State University, Stillwater, OK.

 

Los parámetros se determinaron inicialmente creando y validando un modelo numérico de diferencias finitas que utilizaba datos meteorológicos locales para las condiciones de contorno. A partir de este modelo se determinaron los parámetros de correlación para el modelo simplificado de diseño.

 

 

Donde:

T(z,t) es la temperatura del terreno inalterado en función del tiempo y la profundidad

T_s es la temperatura media anual de la superficie del suelo, en deg C

Δ T_s,n es la n-ésima amplitud del cambio de temperatura del suelo durante el año, en °C

n es el n-ésimo desfase o día de temperatura superficial mínima

α es la difusividad térmica del terreno.

τ es la constante de tiempo, 365.

Temperatura media de la superficie del suelo

Temperatura media anual de la superficie del suelo (en °C o °F).

Amplitud 1 de temperatura superficial del suelo

Primer parámetro de amplitud de temperatura superficial del suelo (en °C o °F).

Amplitud 2 de temperatura superficial del suelo

Segundo parámetro de amplitud de temperatura superficial del suelo (en °C o °F).

Desfase de la amplitud 1 de temperatura superficial

Desfase de la amplitud 1 de temperatura superficial, en días.

Desfase de la amplitud 2 de temperatura superficial

Desfase de la amplitud 2 de temperatura superficial, en días.