Improved method for 1D heat transfer calculation in multi-layered walls and application to refurbishment field cases

Abstract

A popular method to obtain the 1-D conduction heat transfer of multilayered plane geometries is attributed to Stephenson and Mitalas (1971) and Mitalas (1968). It is applied in different forms known as; CTF (Conduction Transfer Functions) or RT (Response factors). Roughly his idea consists in sampling the temperature at each side of a wall at a certain fixed time step (usually one hour). Between sampling points, due to the lack of information, a linear profile for the evolution of those temperatures is imposed. A triangleshaping function is used to get such a piecewise linear profile. The paper proposes an improvement by extending the idea of a shaping function. Instead of assuming a linear evolution, a specially designed second order (parabolic) evolution is enforced.This paper describes the use of the methodology of transient 1D heat transfer in multi-layered walls with a hold element of 2nd order, and applies it to a specific situation with the most common constructive solutions used in Spain in the energy refurbishment field .The methodology is applied to several constructive refurbished solutions that include insulation as improvement. The results obtained are compared with traditional methods and the greater accuracy of the present method is shown. Finally it shows how the traditional 1st order holder presents worst approximations to reality when the enclosure has more inertia and the insulation is placed at the face where the disturbance is caused.

Los programas de simulación energética de edificios más conocidos y empleados utilizan el método de los factores de respuesta (REF) (Mitalas & Stephenson, 1967) para evaluar la demanda de energía térmica de los edificios. Se muestrea con cierta frecuencia fija la temperatura a ambos lados de un cerramiento y entre instantes de muestreo distintos se supone que su evolución fue lineal. Esa interpolación se conoce como elemento formador (EF) o sostenedor de la señal muestreada de orden 1..Este artículo propone substituir el elemento formador de orden 1 por otro de orden 2. El presente artículo expone la utilización de la metodología de transferencia de calor en un cerramiento multicapa con un elemento formador de 2º orden, y aplicarlo a una situación concreta con los cerramientos más frecuentes utilizados en España en el campo de la rehabilitación energética. Igualmente se analiza la aplicación a dichos cerramientos una vez rehabilitados con diferentes posibilidades de incluir aislamiento en dichos cerramientos. Se comparan los resultados obtenidos y se demuestra la mayor precisión que se obtiene con esta nueva metodología. Finalmente se demuestra que un elemento formador de 1º orden presenta peores aproximaciones a la realidad cuando el cerramiento tiene mayor inercia y cuando el aislamiento se realiza en la cara donde se provoca la perturbación