Modelamiento computacional del comportamiento energético de una oficina con sistema de climatización y almacenamiento de energía térmica

Abstract

El presente trabajo de título aborda el estudio y modelamiento computacional del comportamiento energético de una oficina ubicada en el edificio del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Técnica Federico Santa María (Campus San Joaquín). El objetivo principal es desarrollar y validar un modelo térmico que permita evaluar la implementación de un sistema de climatización híbrido que integre Almacenamiento de Energía Térmica (TES). La metodología contempló una campaña de monitoreo in situ de variables higrotérmicas durante el periodo estival, permitiendo caracterizar la respuesta dinámica del inmueble. Se desarrolló un modelo multizona en el software TRNSYS 17, calibrado manualmente y posteriormente validado mediante un coeficiente de determinación (R²) —para la Oficina Principal— de 0,965 en temperatura y 0,630 en humedad relativa, confirmando su aptitud para la simulación energética. Las simulaciones de la estrategia propuesta demostraron que es posible garantizar el confort higrotérmico en un día crítico de alta carga solar, desplazando el 57% del consumo energético total hacia el horario nocturno (valle). Si bien la incorporación de almacenamiento y auxiliares implicó un Factor de Desempeño Estacional (SPF) de 1,56 —inferior a la generación directa—, el sistema logra un beneficio estratégico superior: reducir la potencia eléctrica demandada en hora punta en más de un 60% (peak shaving), aplanando la curva de demanda y aliviando la red eléctrica.

This thesis addresses the study and computational modeling of the energy behavior of an office located in the Mechanical Engineering Department building at Universidad Técnica Federico Santa María (San Joaquín Campus). The main objective is to develop and validate a thermal model to evaluate the implementation of a hybrid HVAC system incorporating Thermal Energy Storage (TES). The methodology included an in situ monitoring campaign of hygrothermal variables during the summer period, allowing the building's dynamic response to be characterized. A multizone model was developed in TRNSYS 17, manually calibrated and subsequently validated through a coefficient of determination (R²) —for the Main Office— of 0.965 for temperature and 0.630 for relative humidity, confirming its suitability for energy simulation. Simulations of the proposed strategy showed that hygrothermal comfort can be guaranteed on a critical high solar load day, shifting 57% of total energy consumption to the night-time off-peak period. Although incorporating storage and auxiliary equipment resulted in a Seasonal Performance Factor (SPF) of 1.56 —lower than direct generation—, the system achieves a greater strategic benefit: shaving peak electrical power demand by more than 60%, flattening the demand curve and easing the load on the electrical grid.