Vistas del LECE: Células, edificios referencia y chimenea solar
Célula de ensayo
En el LECE se llevan a cabo ensayos para la caracterización térmica de los componentes de la envolvente de los edificios (pasivos y solares activos).
El LECE dispone de 4 células de ensayo equipadas con sistemas de acondicionamiento e instrumentación para el ensayo de componentes constructivos a escala real y bajo condiciones meteorológicas reales. La célula de ensayo dispone de una habitación de ensayo de tamaño real. Las paredes de este dispositivo impiden el intercambio de energía entre la habitación de ensayo y el exterior. En estas células es posible sustituir uno de los cerramientos originales por el cerramiento a ensayar. Una vez instalado este cerramiento sólo es posible intercambio de energía a través de él, lo cual permite la caracterización energética del mismo.
Actualmente se realizan ensayos e investigación de diferentes tipos de componentes de la construcción en contacto con empresas del sector, además se trabaja en la mejora de los procedimientos de evaluación empírica de los componentes. Estas investigaciones van encaminadas tanto a la obtención de modelos empíricos, como al desarrollo mejora y optimización de los procedimientos de ensayos de los diferentes componentes. Para ello se aplican métodos de análisis de datos estáticos o dinámicos basados en técnicas de identificación de sistemas. En este laboratorio también es posible llevar a cabo ensayos para la validación de modelos de simulación obtenidos a partir de valores de diseño y geometría.
Célula de ensayo del LECE
Análisis experimental de Técnicas Naturales de Acondicionamiento
El Análisis de las Técnicas Naturales de Acondicionamiento (TNA) esta centrado en el estudio de los fenómenos de aplicados a las técnicas de Calefacción y de Refrigeración Natural en edificios y en el desarrollo de metodologías para su caracterización. Para alcanzar el máximo ahorro energético con la implementación de estos sistemas en edificios es necesario su optimización y la cuantificación de las mejoras alcanzadas mediante estos sistemas para lo cual es muy útil el modelado detallado de los mismos, que puede abordarse mediante construcción a escala real y ensayo de estos sistemas en el LECE. En la actualidad se está realizando el ensayo de diversos sistemas como chimeneas solares, sistemas radiantes de refrigeración pasiva, sistemas de disipación a través del terreno, etc.
Entre estos sistemas se encuentra de un prototipo a tamaño real de Chimenea Solar, construida en 2003 y monitorizada desde su construcción, y bajo condiciones meteorológicas reales. Permite realizar ensayos experimentales para modelado empírico así como para validación de modelos teóricos. Estos estudios experimentales pueden contribuir a la mejora del modelado de estos sistemas, y a su vez puede utilizarse para optimizar la implementación de los mismos en edificios construidos como estrategia de refrigeración pasiva. Sobre este sistema se han llevado a cabo diversos trabajos de investigación que han dado lugar a varias publicaciones y tesis doctorales.
Chimenea Solar del LECE
Edificio Monozona
Se trata de un edificio monozona, para uso de oficina y de taller del LECE (Laboratorio de Ensayos Energético para Componentes de la Edificación), construido en el 2002. Tiene una superficie de 31,1.83 m2 y una altura de 3,3.65 m. y está construido en una zona libre de otros edificios u obstáculos en los alrededores que pudieran sombrearle, excepto por un edificio gemelo situado a 2 m del muro este. Este edificio está siendo monitorizado desde su construcción.
Su simplicidad facilita llevar a cabo una monitorización detallada y exhaustiva así como establecer secuencias de climatización específicas que simplifiquen su análisis, permitiendo profundizar en el desarrollo y mejora de metodologías de evaluación energética experimental de edificios. Sobre este edificio se han llevado a cabo diversos trabajos de investigación que han dado lugar a varias publicaciones y una tesis doctoral.
Edificio monozona del LECE
| » CONTENEDOR DEMOSTRADOR DE INVESTIGACIÓN (C-DdI) DEL PSE-ARFRISOL EN LA PSA |
El Contenedor Demostrador de Investigación (C-DdI) del PSE-ARFRISOL en la PSA es, es uno de los 5 C-DdIs construidos en el marco del Proyecto Singular Estratégico sobre Arquitectura Bioclimática y Frío Solar PSE-ARFRISOL, financiado por el MEC y el MINCIN (2005-2012) y coordinado por la Unidad de Eficiencia Energética en la Edificación del CIEMAT, que pretende demostrar que la arquitectura bioclimática, basada en el diseño arquitectónico y constructivo y la energía solar de baja temperatura son los elementos básicos adecuados para conseguir que la edificación del futuro sea energéticamente eficiente; para ello se están analizando teóricamente y monitorizando (evaluando experimentalmente en condiciones reales de uso), después de haber optimizado su diseño arquitectónico y sus instalaciones, cinco edificios públicos de oficinas simbólicos, tanto de nueva planta como rehabilitados, construidos en cinco emplazamientos con condiciones climatológicas distintas (Almería: Universidad y PSA, Madrid, Soria y Asturias) considerados como prototipos experimentales (o contenedores - demostradores de la investigación, C-DdI).
El principal objetivo del PSE-ARFRISOL es la adecuación de la arquitectura bioclimática y de la energía solar en edificios públicos simbólicos, para el acondicionamiento térmico: calefacción y refrigeración. Así se podrá conseguir un ahorro energético del 80 al 90% junto con la disminución de emisiones de CO2 a la atmósfera.
Los C-DdIs están dotados de una completa instrumentación, sistema de adquisición de datos y se están monitorizando de forma continua, lo cual los convierte en instalaciones experimentales de gran valor en el campo de la investigación en Eficiencia Energética en la Edificación Las medidas registradas en esta monitorización son de alta calidad y permiten llevar a cabo diversos trabajos de investigación sobre confort térmico, evaluación energética de edificios y de los sistemas tanto activos como pasivos integrados en estos edificios. Además permiten desarrollar y mejorar metodologías de evaluación energética experimental de edificios, en condiciones reales de uso. Estas instalaciones son prototipos singulares de gran utilidad en estudios experimentales, que se utilizan de forma complementaria a estudios teóricos.
El C-DdI del PSE-ARFRISOL en la PSA es un prototipo de nueva planta, situado ubicado en un clima semidesertico con importantes saltos térmicos entre el día y la noche. Su traza es longitudinal y se desarrolla en una sola planta, con una superficie construida de 1.115 m2. Las estrategias bioclimáticas más importantes, además de las comunes de todos los C-DdIs del PSE-ARFRISOL, son las siguientes:
Estrategias pasivas:
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Diseño diferenciado de fachadas.
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Diferente espesor de aislamiento según orientación.
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Control solar mediante sombreamiento fachada sur con de marquesina.
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Control solar mediante sombreamiento de cubierta con doble pérgola metálica, que sirve de soporte a los sistemas térmico y radioconvectivo.
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Ventilación natural mediante chimeneas solares en despachos.
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Iluminación y ventilación cenital norte en distribuidores.
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Conductos subterráneos aire-aire para pre-acondicionamiento de aire.
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Construcción semienterrada en uno de sus recintos.
Sistemas activos:
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Sistemas radioconvectivos para refrigeración nocturna
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Climatización mediante inductores y suelo radiante.
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Captadores solares térmicos
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Maquinas de absorción para obtener frío solar
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Módulos fotovoltaicos
Edificio del proyecto ARFRISOL
Eventos
Este grupo de investigación participa activamente en la red PASLINK cuyo objetivo es mantener una agrupación Europea de instituciones implicadas en la caracterización energética de las propiedades térmicas de componentes constructivos (www.paslink.org). Entre las actividades más recientes se encuentra la participación en el comité organizador de la “System Identification Competition III”, evento organizado por PARLINK con el objetivo de favorecer la formación especializada, y desarrollar de herramientas específicas de software, en el campo de la caracterización térmica de componentes constructivos en condiciones meteorológicas reales. Con este evento (http://www.dynastee.info/events.php), se pretende extender la aplicación de los conocimientos adquiridos sobre identificación de sistemas, al análisis de sistemas constructivos más complejos basados en efectos no lineales, como es el caso de algunos sistemas que implementan estrategias de refrigeración pasiva, de gran interés bajo las condiciones climáticas de España.
Referencias
Artículos en revistas internacionales
J. Arce, M.J. Jiménez, J.D. Guzmán, M.R. Heras, G. Alvarez, J. Xaman. "Experimental study for natural ventilation on a solar Chimney”. Renewable Energy. 2009. 34(12), pp. 2928-2934. Diciembre 2009.
Friling N., Jiménez M. J., Bloem J. J., Madsen H., “Modelling the heat dynamics of building integrated and ventilated photovoltaic modules”. Energy and Buildings. 41(10), pp. 1051-1057. Octubre 2009.. 2009.
M. J. Jiménez, B. Porcar and M. R. Heras. “Application of different dynamic analysis approaches to estimate the U value of building components”. Building and Environment. 44(2), pp. 361-367. Febrero-2009.
M. J. Jiménez, B. Porcar and M. R. Heras. “Estimation of UA and gA values of building components from outdoor tests in warm and moderate weather conditions”. Solar Energy. 82(7), pp. 573-587. Julio-2008.
Jiménez M. J., Madsen H., Bloem H., Dammann B. “Estimation of Non-linear Continuous Time Models for the Heat Exchange Dynamics of Building Integrated Photovoltaic modules”. Energy and Buildings. 40(2), pp. 157-167. 2008.
Jiménez M. J., Madsen H., Andersen K. K.. “Identification of the Main Thermal Characteristics of Building Components using MATLAB”. Número especial sobre ensayos de cerramientos en condiciones reales. Building and Environment. 43(2), pp. 170-180. Febrero-2008.
Jiménez M. J., Madsen H. “Models for Describing the Thermal Characteristics of Building Components”. Número especial sobre ensayos de cerramientos en condiciones reales. Building and Environment. 43(2), pp. 152-162. Febrero-2008.
J. Matí-Herrero y M.R. Heras-Celemín. “Dynamic physical model for a solar chimney”. Solar Energy. 81(5), pp. 614-622. 2007.
Jiménez, M.J.; Heras, M.R. “Application of multi-output ARX models to estimate the U and g values of building components from outdoors testing”. Solar Energy. 79(3), pp. 302-310. Septiembre-2005.
Heras, M.R.; Jiménez, M.J.; San Isidro, M.J.; Zarzalejo, L.F.; Pérez, M “Energetic Analysis of a Passive Solar Design, Incorporated in a Courtyard after Refurbishment, Using an Innovative Cover Component Based in a Sawtooth Roof Concept”. Solar Energy, 78(1), pp. 85-96. Enero-2005
Comunicaciones a congresos internacionales
M. J. Jiménez, R. Enríquez, M. R. Heras. "System identification applied to energy analysis in a bioclimatic office building in semidesertic weather in the south of Spain". Presentado en "DYNASTEE international workshop on Whole Building Testing, Evaluation and Modelling for Energy Assessment". Fase preparatoria de propuesta de Annex 58 ECBCS IEA. 18-19 Mayo 2011, Lyngby, Dinamarca.
M. J. Jiménez. "LECE-UiE3-CIEMAT Test Facilities". Full scale test facilities for evaluation of energy and hygrothermal performances. (A Janssens, S. Roels, L. Vandaele, ed.), ISBN 978-94-9069-584-2, BFG, UGent, Belgium . (Seminario internacional organizado en la fase preparatoria de propuesta de Annex 58 ECBCS IEA. 30-31 Marzo 2011, Bruselas, Bélgica).
M.J. Jiménez, R. Enríquez, M.R. Heras. System identification applied to energy analysis in a bioclimatic office building in semidesertic weather in the south of Spain. Proceedings of the 3rd International Conference Palenc 2010 jointly organised with EPIC 2010 & 1st Cool Roofs Conference. Rodas (Grecia). 29 Sept.-Oct. 2010. ISBN: 978-960-6746-08-6
M.J. Jiménez. System identification applied to modelling of building components and systems. Case studies: Opaque wall and ventilated PV system. Proceedings of the DYNASTEE workshop on Dynamic Methods for Building Energy Assessment. Bruselas (Bélgica). 11-12 de Octubre 2010.
Enriquez, R., Soutullo, S., San Juan, C., Ferrer, J.A., Jiménez, M.J., Heras, M.R. "Can general simulation models identify existing building Characteristics?". Proceedings of the IBPSA-Canada's biennial conference. Winnipeg, Manitoba (Canadá), 19-22 de Mayo 2010.
M. J. Jiménez, J.D. Guzmán, M. R. Heras, J. Arce, J. P. Xamán, G. Alvarez. "Thermal performance of a natural ventilation system". Proceedings of the ASME 2010 4th International Conference on Energy Sustainability. Phoenix, Arizona (EEUU), 17-22 de Mayo 2010. ISBN: 978-0-7918-3871-8.
J. Arce, J. P. Xamán, G. Alvarez, M. J. Jiménez, R. Enríquez, M. R. Heras. "A simulation of the thermal performance of a small solar chimney already installed in a building". Proceedings of the ASME 2010 4th International Conference on Energy Sustainability. Phoenix, Arizona (EEUU), 17-22 de Mayo 2010. ISBN: 978-0-7918-3871-8.
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R. Enriquez, M. J. Jiménez, M. R. Heras. “Identification of a change in the thermal dynamics of a wall”. (Poster) Presentado a “The 29th AIVC Conference in 2008. Advanced building ventilation and environmental technology for addressing climate change issues”. Kyoto (Japón), octubre de 2008.
J. Arce, J. Xaman, G. Alvarez, M.J. Jiménez, M.R. Heras, J.D. Guzman. “Theoretical study on a diurnal solar chimney with double air flow”, presentado a congreso “EUROSUN 2008. 1st international Congress on Heating, Cooling and Buildings”. Lisboa (Portugal), septiembre de 2008.
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Heras, J; Palero, S; Enríquez, R; Bosqued, A; San Juan, C; Ferrer. J.A; Soutullo, S; Guzmán, J; Jiménez, M.J; Martí, J; Bosqued, R; Seco, O; and Heras, M.R. “Spain tries to find the formula to save 80% energy in office buildings”. Lyon (Francia). 20-22 Noviembre 2006. ISBN: 2-86834-122-5.
Jiménez M. J., Madsen H., Andersen K. K.. “Estimation of the main thermal characteristics of building components using parametric models in MATLAB”. Presentado en la conferencia “DYNASTEE. DYNamic Analysis, Simulation and Testing applied to Energy and Environmental performance of buildings”. Organizada por PASLINK EEIG. Atenas, Grecia. 12-14 Octubre 2005. ISBN 92-79-01252-7.
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Jiménez, M. J.; Porcar, B.; Heras, M.R. “Título: Application of dynamic analysis to obtain the U value of the main walls of a mono-zone building, from in-situ measurements”. (Poster) presentado a ISES Internacional - EUROSUN 2004. Freiburgo (Alemania). Junio 2004. ISBN: 3-9809656-0-0; 3-9809656-2-7.
Jiménez M. J. “Application of Dynamic Analysis to estimate the Heat Transfer Coefficient of a wall from In-situ measurements” Presentado a “International Conference on Dynamic Analysis Methods applied to Energy performance assesment of Buildings. Organizado por PASLINK EEIG y JRC. Varsovia (Polonia). 13-14 Mayo 2004.
Paul Baker, Hans Bloem, Dick van Dijk, Olaf Gutschker, María José Jiménez, “System Identification Methods applied for the assessment of thermal parameters of building components”. Presentado al International Conference on Dynamic Analysis and Modelling Techniques. Organizado por PASLINK EEIG y JRC. Ispra. (Italia). 13-14 Noviembre 2003. ISBN 92-894-7794-6.
Jiménez M. J., Madsen H., Andersen K. K. “How to get physical parameters using MATLAB”. Presentado al International Conference on Dynamic Analysis and Modelling Techniques. . Organizado por PASLINK EEIG y JRC. Ispra. 13-14 Noviembre 2003. ISBN 92-894-7794-6.
Tesis doctorales
Beatriz Porcar Lainez. “Evaluación energética de edificios construidos: aplicación de metodologías de identificación de sistemas”. Tesis doctoral realizada en el CIEMAT, presentada en el departamento de Física Atómica Molecular y Nuclear y Energías Renovables de la Universidad Complutense de Madrid, en enero de 2009.
Jesús Arce Landa. “Estudio de la Transferencia de Calor con Flujo Turbulento en una Chimenea Solar”. Tesis doctoral realizada en el CENIDET con estancia en el LECE, presentada en el Centro de Investigación en Energía de la Universidad Nacional Autónoma de México, en diciembre de 2008.
Jaime Martí Herrero. “Caracterización de una chimenea solar a través de parámetros físicos como sistema de ventilación natural”. Tesis doctoral realizada en el CIEMAT, presentada en el departamento de Física de los Materiales de la Universidad Nacional de Educación a Distancia en noviembre de 2006.
María José Jiménez Taboada. “Caracterización de cerramientos constructivos mediante células de ensayo de Intemperie. Aplicación del cálculo de incertidumbres a la optimización de los ensayos”. Tesis doctoral realizada en el CIEMAT, presentada en el departamento de Física Aplicada de la Universidad de Almería en julio de 2005.
Enlaces de interés:
Plataforma Solar de Almería - Ctra. de Senés km. 4,5 Tabernas (04200) Almería