Effect of Sky Discretization for Shading Device Calculation on Building Energy Performance Simulations

The calculation of sunlit surfaces in a building has always been a relevant aspect in building energy simulation programs. Due to the high computational cost, some programs use algorithms for shading calculation for certain solar positions after discretization of hemispherical sky. The influence of the level of discretization on the estimation of incident direct radiation on building surfaces, as well as on the required computational times, are studied in this work. The direct solar energy on a window for a year, with simulation time steps of five minutes, has been simulated by using an algorithm based on Projection and Clipping Methods. A total of 6144 simulations have been carried out, varying window sizes, window orientations, typologies of shading devices, latitudes and discretization levels of the hemispherical sky. In terms of annual incident solar energy, the results show that maximum error values are about 5% for a low level of angular discretization. Errors up to 22% in hourly incident solar energy have been estimated for some of the configurations analysed. Furthermore, a great number of configurations show errors of shading factor on a window of up to 30%, which could be most relevant in studies of natural lighting. The study also shows that the improvement achieved by the most accurate discretization level implies an increase in computational cost of about 30 times

Adaptación del método CTF a cerramientos con alta inercia térmica

El método de las funciones de transferencia en conducción de calor (CTF) es un método ampliamente utilizado por los programas de simulación térmica de edificios para el cálculo de la transferencia de calor a través de muros multicapas, sin embargo, su aplicabilidad está condicionada a los problemas de estabilidad de la solución debido a los errores procedentes de los procedimientos de cálculo de los coeficientes de la función de transferencia, principalmente en situaciones donde el número de Fourier es bajo, ya sea debido a la reducción del paso de tiempo de simulación o a muros de gran espesor, como los presentes en edificios históricos. Por tanto, el uso de dichas funciones, para muros con alta inercia térmica, se encuentra limitado en los programas de simulación térmica de edificios, incluso en los de reconocido prestigio como pueden ser TRNSYS o EnergyPlus. La presente comunicación propone una solución que permite aplicar el método de las funciones de transferencia en conducción de calor (CTF) en muros independientemente del número de Fourier asociado, evitando los problemas numéricos. El presente artículo muestra los resultados obtenidos para diferentes casos de estudio comparándolos con soluciones analíticas u obtenidas por el método de elementos finitos (ANSYS®)