RT Dissertation/Thesis
T1 Aplicación de métodos matemáticos a la calibración de modelos térmicos de simulación dinámica de edificios
T2 Aplicación de métodos matemáticos á calibración de modelos térmicos de simulación dinámica de edificios
A1 Fernández Rodríguez, Marta
K1 1203.26 Simulación
K1 3305.90 Transmisión de Calor en la Edificación
AB El uso de herramientas informáticas que permiten estimar, cuantificar o controlar el consumoenergético en los edificios es clave de cara a intentar reducir unos de los grandes problemasa nivel mundial, como es el calentamiento global y las emisiones de gases de efectoinvernadero. Se utilizan modelos que representan total o parcialmente un edificio paraanalizar su comportamiento térmico mediante simulaciones dinámicas. Para conseguir unafiel representación del sistema real estudiado, es necesario calibrar los modelos realizados, detal manera que los resultados que se obtengan al simularlos tengan un nivel elevado deprecisión.En esta tesis doctoral se aplican métodos matemáticos con el objetivo de conseguir unacalibración adecuada de modelos térmicos de edificios y de sus instalaciones. Se hanestudiado diferentes metodologías de análisis de sensibilidad, las cuales permiten hacer unadistinción entre los parámetros del modelo que más peso tienen en la ejecución de lasimulación y aquellos cuya influencia puede considerarse despreciable. Se trata de un pasoimportante a realizar previamente a la calibración. Esto es debido a que la complejidad tantode los modelos computacionales como del proceso de calibrado, hace necesario acotar elnúmero de parámetros cuyo valor se va a tratar de ajustar en la adecuación de los resultadosde simulación a los datos observados. Las técnicas que se han evaluado y comparado son: elmétodo de Morris, perteneciente a técnicas de screening, el método de Sobol, que es unmétodo de análisis de varianza y el método BACCO, basado en creación de metamodelos.Se estudian asimismo dos enfoques diferentes de metodologías de calibración, para evaluarsi ambas son válidas para aplicar a la simulación energética de edificios. Por un lado, se analizauna metodología determinista, ejecutada mediante el software GenOpt, que a través de unalgoritmo específico varía los parámetros seleccionados hasta alcanzar la minimización deuna función objetivo, que representa el error entre predicciones de simulación y valores realesobservados. Por otro lado, se usa un método probabilístico, basado en la creación de unmetamodelo y en la utilización de estadística Bayesiana, que proporciona la distribución deprobabilidad a posteriori de los parámetros, así como una medición de la discrepancia entreel modelo y la realidad.Para el estudio de los métodos presentados se han simulado, mediante el software TRSNSYS,tres casos experimentales, en donde se ha analizado cómo dicha metodología es válida paraproporcionar una buena calibración de los modelos realizados de cada sistema. Se haestudiado un colegio situado en Galicia, el cual se modeló y simuló con TRNSYS y fuecalibrado utilizando metodología determinista. Un segundo estudio se hizo con un campo de captación geotérmica, al cual se le aplicaron las tres metodologías de sensibilidad con elobjetivo de comparar los resultados obtenidos, y utilizando dichos resultados en una posterior calibración determinista. En el tercer caso, se dispuso de los datos de monitorización de uncubo de ensayos, considerado una representación a escala de un edificio, y se aplicaron adicho caso, tras un análisis de sensibilidad previo, las dos metodologías de calibración con elfin de comparar tanto resultados, como ventajas y desventajas de ambas.Los principales resultados obtenidos son, en definitiva, que las tres técnicas de análisis desensibilidad proporcionan unos índices de sensibilidad comparables y efectivos para descartarlos parámetros menos influyentes, a la vez que se comprueba que la utilización de unemulador permite reducir considerablemente el tiempo de computación requerido, sindisminuir la fiabilidad del método. Como consecuencia de este trabajo, también se concluyeque ambos métodos de calibración son adecuados para utilizar en modelos energéticos parala simulación de edificios ya que, tras el proceso de calibrado, en la simulación se obtieneerrores reducidos y del mismo orden de magnitud. Tras la realización de esta tesis resultaríainteresante orientar trabajos futuros a reducir el elevado coste computacional que implica elmétodo Bayesiano, además de aplicar la metodología a nuevos sistemas de cara a podergeneralizar los resultados.
YR 2018
FD 2018-06-27
LK http://hdl.handle.net/11093/1016
UL http://hdl.handle.net/11093/1016
LA spa
NO Ministerio de Economía y Competitividad de España (ENE2015-65999-C2-1-R)
DS Investigo
RD 03-dic-2023