Modelo semi-dinámico para la determinación del comportamiento térmico de sistemas radiantes de tubos embebidos

Abstract

Los sistemas de tubos embebidos con activación térmica (APES) pueden ser acoplados a fuentes/sumideros de baja entalpía para ofrecer reducciones en el consumo de energía, en los picos de demanda eléctrica y en los costos de la energía, asociados al acondicionamiento de edificios, sin resignar los niveles deseados de confort interior. Para aprovechar el potencial de estos sistemas, su comportamiento térmico debe ser estimado de manera precisa. Para ello, se propuso un modelo térmico semi-dinámico basado en resistencias y capacitancias (RC), capaz de simular la transferencia de calor en 2D y, además, el calor intercambiado por el agua del circuito interno del APES (3ra dimensión) mediante el conocido método ε-NTU. Se realizó un análisis comparativo entre datos medidos in-situ en un prototipo APES y los resultados de las simulaciones. Se determinaron valores de NRMSE (raíz del error cuadrático medio normalizado) de 9% para el flujo de calor del lado interior de la pared y de 17% para el flujo de calor transferido al agua. En cuanto a las temperaturas del agua a la salida del circuito y la de la superficie del tubo, el NRMSE es de 1% y 2%, respectivamente. Estos valores indican un buen desempeño del modelo propuesto.

Active pipe-embedded systems (APES) can be coupled with low-grade enthalpy heat sources or sinks to offer reductions in energy consumption, peak electrical demand, and energy costs, regarding building conditioning, without lowering the desired level of inner comfort. To take advantage of the APES potential, its thermal behavior must be accurately predicted. A thermal semi-dynamic model based on resistances and capacitances (RC) was proposed. It can simulate the 2D heat transfer and, also, the heat exchange for the water loop in the APES (third dimension) through the well-known ϵ-NTU method. To evaluate the model performance, a comparative analysis between simulated data and in-situ measured data from an APES prototype was carried out. From the statistical analysis, NRMSE values (normalized root mean square error) of 10% and 11% were determined for the heat fluxes in the APES inner surface and for the water loop. For the output water and pipe wall temperatures, the NRMSE values were 1% for both. The mentioned values indicated a good model performance.