Modelado dinámico de autobuses para el cálculo de la carga térmica. Aplicación al dimensionado del sistema de climatización

Abstract

A lo largo de este documento, se marcan las pautas del modelado térmico de un autobús urbano, para conocer los valores de su carga térmica horaria; y así obtener un dimensionado del sistema de climatización lo más eficiente posible. Para ello, se establecen tres zonas climáticas tipo que representan la totalidad de las climatologías europeas; estas zonas son definidas por la norma UNE-EN 14750, que aunque es específica para aplicaciones ferroviarias puede ser estrapolada a autobuses con un margen de error despreciable. Los resultados de las simulaciones se obtienen mediante un modelo realizado con TRNSYS, donde se simula el comportamiento térmico del autobús para cada una de las localidades representativas a una zona climática de la norma (Madrid, París y Estocolmo), y con un paso de tiempo horario. Con esto se consiguen obtener los valores extremos de carga térmica, para cualquier zona de Europa, y así asegurar el confort térmico de los viajeros en cualquier situación demográfica donde se encuentre funcionando el autobús. Y aunque este software de simulación permite obtener información acerca de todas las variables que influyen en el modelo térmico del sistema, en el análisis nos vamos a centrar en los valores de carga térmica y consumo energético. Los resultados de carga térmica, en un prinicipio fueron simulados para un caso conservador de refrigeración, donde se eligió un valor nulo del “solar to air factor”; esto implicaba que parte de la radiación no se quedaba en el volumen de aire interior, reduciéndose la carga térmica global del sistema. Con esta hipótesis, los valores de carga térmica obtenidos fueron bastante dispares según la zona climática simulada:  En Madrid (climatología con verano extremo), se obtiene una carga térmica punta de refrigeración alta en verano: 18 kW, y una carga punta de calefacción baja en invierno: 7.5 kW.  En París (climatología con verano e invierno moderados), se obtienen 15 kW en refrigeración, y 8.6 kW para calefacción.  En Estocolomo (climatología con invierno extremo), se obtiene que la carga punta dominante es este caso es de calefacción con 17 kW, para refrigeración se obtiene un valor de 13 kW. Finalmente, se realiza una comparativa de los resultados obtenidos del modelo dinámico con una metodología de cálculo estático mucho más sencilla, basada en la normativa UNE-EN 14750. Los resultados obtenidos por el cálculo estático son muy próximo a los obtenidos de las simulaciones, y por tato se puede concluir que la norma predice con bastante precisión los valores de carga térmica punta. La complejidad de realizar un modelo dinámico, donde la climatología introduce una incertidumbre mayor que el potencial ahorro de la propia instalación, no sería necesario para el dimensionado de este tipo de instalaciones. Si bien, con el modelo dinámico obtenido se dispone de una herramienta muy potente a la hora de optimizar los parámetros de diseño de la envolvente térmica (epidermis), y así reducir el consumo energético global del autobús.