Convección superficial

pestaña Cerramientos en los datos del modelo, bajo encabezado Cerramiento

Puede seleccionar los algoritmos de convección superficial interior y exterior en los datos del modelo, en la pestaña Cerramientos bajo el encabezado Convección superficial. Esto permite realizar selecciones diferentes en distintas partes del edificio. Encontrará más información sobre los algoritmos en el documento EnergyPlus Engineering Reference.

Consejo: Puede sustituir la selección de algoritmos de convección interior y exterior descrita a continuación estableciendo valores fijos en la pestaña Superficie del cuadro de diálogo del componente de cerramiento.

Algoritmo de convección interior

Puede elegir entre 6 algoritmos principales de convección interior de EnergyPlus para calcular la convección entre las superficies interiores de zona y el resto del aire de zona en los cálculos de simulación. Salvo que tenga un buen motivo para cambiarlo, se recomienda utilizar el algoritmo de convección predeterminado TARP:

1-AdaptiveConvectionAlgorithm - Esta opción avanzada selecciona dinámicamente los modelos de convección según las condiciones. Beausoleil-Morrison (2000, 2002) desarrolló una metodología para gestionar dinámicamente la selección de ecuaciones de hc denominada algoritmo de convección adaptativa. Este algoritmo selecciona entre las ecuaciones disponibles de hcla más adecuada para una superficie y un momento determinados. Como indica Beausoleil-Morrison, el algoritmo está concebido para ampliarse y modificarse a fin de reflejar diferentes esquemas de clasificación o nuevas ecuaciones de hc. El algoritmo de convección adaptativa implementado en EnergyPlus para la cara interior tiene un total de 45 categorías de superficies y 29 opciones de selección de ecuaciones de hc. Las tablas del documento de ingeniería resumen las categorías y las asignaciones predeterminadas de ecuaciones de hc .
2-Simple - El modelo de convección simple utiliza coeficientes constantes para diferentes configuraciones de transferencia de calor y aplica los criterios para determinar convección reducida y aumentada. Los coeficientes proceden directamente de Walton (1983), quien los dedujo de las conductancias superficiales para ε=0.90 de la tabla 1, página 23.2, del ASHRAE Handbook (1985). El componente de transferencia radiante se estimó en 1.02 * 0.9 = 0.918 BTU/h-ft2-F y se restó. Finalmente, los coeficientes se convirtieron a unidades SI para obtener los valores siguientes. Para una superficie vertical: hc = 3.076 Para una superficie horizontal con convección reducida: hc = 0.948 Para una superficie horizontal con convección aumentada: hc = 4.040 Para una superficie inclinada con convección reducida: hc = 2.281 Para una superficie inclinada con convección aumentada: hc = 3.870.
3-CIBSE - aplica un coeficiente de transferencia de calor constante derivado de los valores tradicionales de CIBSE.
4-Difusor de techo - un modelo de convección mixta y forzada para configuraciones con difusor de techo. Relaciona el coeficiente de transferencia de calor con la tasa de renovación de aire para techos, muros y suelos. El algoritmo se basa en correlaciones empíricas desarrolladas por Fisher y Pedersen (1997). La correlación se reformuló para utilizar la temperatura de salida del recinto como temperatura de referencia. Las correlaciones se muestran abajo. Para suelos: hc = 3.873 + 0.082 x ACH ^ 0.98, Para techos: hc = 2.234 + 4.099 x ACH ^ 0.503 y para muros: hc = 1.208 + 1.012∗ACH ^ 0.604.
5-Cámara - Este algoritmo se desarrolló para modelar la convección en una «zona de muro Trombe», es decir, el espacio de aire entre la superficie del muro acumulador y el acristalamiento exterior. (Consulte las secciones posteriores sobre muros Trombe pasivos y activos para más información). Es idéntico al modelo de convección (basado en ISO 15099) utilizado en Window5 para la convección entre capas de acristalamiento en ventanas de varias hojas. Su uso para modelar un muro Trombe no ventilado fue validado frente a datos experimentales por Ellis (2003). El algoritmo proporciona los coeficientes de convección del aire en una cámara vertical estrecha, cerrada y sin ventilar. Esto se aplica tanto a la cámara de aire entre vidrios de una ventana como a la situada entre el acristalamiento del muro Trombe y la superficie interior (a menudo selectiva). Estos coeficientes de convección son realmente la única diferencia entre una zona normal y una zona Trombe. Consulte también la nota siguiente.

6-TARP - basado en convección natural variable según la diferencia de temperatura, a partir de algoritmos ASHRAE. Es equivalente al antiguo algoritmo de convección interior «Detailed» de versiones anteriores de DesignBuilder. Es la opción predeterminada para modelos nuevos en v3.0.0.085 y posteriores.

El algoritmo de convección interior 5-Cámara no está disponible al nivel de superficie.

Las siguientes opciones de convección interior también están disponibles para usuarios avanzados:

7-ASHRAEVerticalWall
8-WaltonUnstableHorizontalOrTilt
9-WaltonStableHorizontalOrTilt
10-FisherPedersenCeilingDiffuserWalls
11-FisherPedersenCeilingDiffuserCeiling
12-FisherPedersenCeilingDiffuserFloor
13-AlamdariHammondStableHorizontal
14-AlamdariHammondUnstableHorizontal
15-AlamdariHammondVerticalWall
16-KhalifaEq3WallAwayFromHeat
17-KhalifaEq4CeilingAwayFromHeat
18-KhalifaEq5WallNearHeat
19-KhalifaEq6NonHeatedWalls
20-KhalifaEq7Ceiling
21-AwbiHattonHeatedFloor
22-AwbiHattonHeatedWall
23-BeausoleilMorrisonMixedAssistedWall
24-BeausoleilMorrisonMixedOpposingWall
25-BeausoleilMorrisonMixedStableFloor
26-BeausoleilMorrisonMixedUnstableFloor
27-BeausoleilMorrisonMixedStableCeiling
28-BeausoleilMorrisonMixedUnstableCeiling
29-FohannoPolidoriVerticalWall
30-KaradagChilledCeiling
31-ISO15099Windows
32-GoldsteinNovoselacCeilingDiffuserWindow
33-GoldsteinNovoselacCeilingDiffuserWalls
34-GoldsteinNovoselacCeilingDiffuserFloor

Para evitar discontinuidades en los cálculos de la tasa de transferencia de calor superficial, todas las correlaciones se extrapolan por debajo del límite inferior del conjunto de datos (3 ACH) hasta un límite de convección natural que se aplica durante las horas en que el sistema está apagado. Estos modelos se explican con mayor detalle en el documento EnergyPlus Engineering Reference.

Algoritmo de convección exterior

Se han dedicado numerosas investigaciones a formular modelos para estimar el coeficiente de convección exterior. Desde la década de 1930 se han publicado muchos métodos distintos para calcularlo, con grandes diferencias entre ellos (Cole y Sturrock 1977; Yazdanian y Klems 1994). Salvo que tenga un buen motivo para cambiarlo, se recomienda utilizar el algoritmo de convección predeterminado DOE-2. Puede elegir entre 7 algoritmos principales de convección exterior:

1-AdaptiveConvectionAlgorithm - Este algoritmo avanzado selecciona dinámicamente modelos de convección según las condiciones. Su estructura permite un control más fino de los modelos utilizados para superficies concretas. El algoritmo para la cara exterior se desarrolló para EnergyPlus, pero toma conceptos y su nombre de la investigación de Beausoleil-Morrison (2000, 2002) sobre la convección en la cara interior (véase arriba). El algoritmo de convección adaptativa implementado en EnergyPlus para la cara exterior es mucho más sencillo que el de la cara interior. El sistema de clasificación tiene un total de 4 categorías de superficies que dependen de la dirección actual del viento y de los flujos de calor. Sin embargo, en otros aspectos es más complejo, ya que la ecuación de hcse divide en dos partes y se seleccionan ecuaciones de modelo separadas para la convección forzada y la natural.
2-SimpleCombined - El algoritmo simple utiliza la rugosidad superficial y la velocidad local del viento en la superficie para calcular el coeficiente exterior de transferencia de calor. Es un coeficiente combinado que incluye radiación hacia el cielo, el terreno y el aire. La correlación se basa en Figure 1, Page 25.1 (Thermal and Water Vapor Transmission Data), 2001 ASHRAE Handbook of Fundamentals.

Nota: seleccionar la opción SimpleCombined en el nivel de edificio de la pestaña Cerramientos bajo Convección superficial o en los cuadros de diálogo Opciones de cálculo u Opciones de modelo tiene un significado especial. En este caso la selección de convección exterior comprende tanto convección como radiación. Esto significa, por ejemplo, que cualquier coeficiente exterior de transferencia de calor por convección fijado en la pestaña Propiedades superficiales del cuadro de diálogo Cerramiento se utilizará en realidad como coeficiente combinado exterior de convección y radiación.

3-CIBSE - aplica coeficientes de transferencia de calor constantes según la orientación, derivados de valores tradicionales de CIBSE.
4-ASHRAEVerticalWall - idéntico a la opción DOE-2.
5-TARP - TARP, o Thermal Analysis Research Program, es un importante predecesor de EnergyPlus (Walton 1983). Walton desarrolló un modelo completo de convección exterior combinando correlaciones de ASHRAE y experimentos de placa plana de Sparrow et al. En versiones de EnergyPlus anteriores a la versión 6, el modelo «TARP» se denominaba «Detailed». Se volvió a implementar en la versión 6 para utilizar los valores de área y perímetro del grupo de superficies que forman una fachada o cubierta, en lugar de la única superficie modelada.
6-DOE-2 - El modelo de convección DOE-2 combina los modelos de convección detallados MoWiTT y BLAST (LBL 1994). Es la opción predeterminada para modelos nuevos.
7-MoWiTT - El modelo MoWiTT se basa en medidas tomadas en la instalación Mobile Window Thermal Test (MoWiTT) (Yazdanian y Klems 1994). La correlación se aplica a superficies verticales muy lisas (por ejemplo, vidrio de ventana) en edificios de poca altura. El algoritmo MoWiTT puede no ser adecuado para superficies rugosas, superficies de edificios altos o superficies con aislamiento móvil.

Las siguientes opciones de convección exterior también están disponibles para usuarios más avanzados:

8-WaltonUnstableHorizontalOrTilt
9-WaltonStableHorizontalOrTilt
10-AlamdariHammondStableHorizontal
11-AlamdariHammondUnstableHorizontal
12-FohannoPolidoriVerticalWall
13-NusseltJurges
14-McAdams
15-Mitchell
16-BlockenWindard
17-Emmel
18-ClearRoof

Nota: Cuando la superficie está mojada (es decir, llueve y está expuesta al viento), el coeficiente de convección aparece en los resultados como un número muy alto (1000) y la superficie queda expuesta a la temperatura exterior de bulbo húmedo en lugar de la temperatura exterior de bulbo seco.

Además de definir las opciones de convección en los datos del modelo, en la pestaña Cerramientos bajo el encabezado Convección superficial , como se ha descrito arriba, los algoritmos de convección interior y exterior al nivel de edificio pueden ajustarse en:

No se pueden modificar los ajustes de convección de una superficie individual cuando es una partición interior.

Todos los algoritmos anteriores se describen detalladamente en el EnergyPlus Engineering Reference.

Nota: las opciones equivalentes de convección superficial interior y exterior de los cuadros de diálogo Opciones de cálculo y Opciones de modelo controlan los valores predeterminados del edificio (equivale a realizar un ajuste en los datos del modelo al nivel de edificio); los cambios realizados en los datos del modelo al nivel de bloque, zona o superficie sustituyen estos valores predeterminados.