Uso de la Programación Lineal Entera para la mejora de la eficiencia energética de los edificios de nueva construcción en la República Dominicana mediante el control de la transmitancia térmica de sus muros exteriores

Abstract

[ES] Actualmente en la República Dominicana, a diferencia de otros países, no existe una ley que regule la eficiencia energética en el sector construcción, aún siendo éste el segundo del mundo de un ranking de 124 países, en pagar una de las tarifas eléctricas mas caras. Uno de los mayores consumos eléctricos tiene lugar como consecuencia de establecer una temperatura agradable dentro de cualquier edificación. Los muros exteriores de las edificaciones están compuestos por capas de distintos materiales que tienen propiedades específicas dependiendo de su naturaleza y de su grosor. Una de estas propiedades guarda relación con la transmitancia térmica, que básicamente mide la cantidad de calor que atraviesa dicha capa. A menor transmitancia del muro exterior, mayor aislamiento térmico del interior de la edificación respecto del exterior. Una forma de contribuir a la eficiencia energética de un edificio es pues diseñar muros exteriores con capas y materiales adecuados a las características climáticas de la zona mediante el control de la transmitancia de los mismos, de manera que se pueda mantener una temperatura confortable en los espacios habitados, con el menor uso posible de calefacción o aire acondicionado, todo ello respetando condicionantes como el espesor del muro o el presupuesto establecido para su construcción. En el mercado existe una gran cantidad de materiales que se utilizan para las diversas capas de los muros exteriores, así como pueden ser varios los espesores de estos materiales. Ello puede dar lugar a incluso millones de combinaciones posibles, por lo que elegir la combinación óptima puede ser un trabajo humanamente imposible en un tiempo razonable. El objetivo de este Trabajo Final de Máster es hacer un estudio específico de los materiales usados en la República Dominicana para las diferentes capas que componen los muros exteriores de grandes edificios (particularmente hoteles), y mediante el uso de la Programación Lineal Entera y del programa Mathematica, encontrar la combinación óptima de materiales y grosores para las diferentes capas, de manera que se optimice la transmitancia de la parte opaca del muro exterior, teniendo en cuenta entre otras, las características climatológicas de dicho país. Como consecuencia de este estudio, no se descarta la sugerencia de agregar otras capas al muro sin necesariamente encarecer su coste.

[CA] Actualment a la República Dominicana, a diferència d'altres països, no existeix una llei que regule l'eficiència energètica en el sector construcció, encara sent aquest el segon del món d'un rànquing de 124 països, a pagar una de les tarifes elèctriques més cares. Un dels majors consums elèctrics té lloc com a conseqüència d'establir una temperatura agradable dins de qualsevol edificació. Els murs exteriors de les edificacions estan compostos per capes de diferents materials que tenen propietats específiques depenent de la seua naturalesa i del seu gruix. Una d'aquestes propietats guarda relació amb la transmitància tèrmica, que bàsicament mesura la quantitat de calor que travessa aquesta capa. A menor transmitància del mur exterior, major aïllament tèrmic de l'interior de l'edificació respecte de l'exterior. Una forma de contribuir a l'eficiència energètica d'un edifici és doncs dissenyar murs exteriors amb capes i materials adequats a les característiques climàtiques de la zona mitjançant el control de la transmitància d'aquests, de manera que es puga mantenir una temperatura confortable en els espais habitats, amb el menor ús possible de calefacció o aire condicionat, tot això respectant condicionants com la grossària del mur o el pressupost establert per a la seua construcció. En el mercat existeix una gran quantitat de materials que s'utilitzen per a les diverses capes dels murs exteriors, així com poden ser diverses les grossàries d'aquests materials. Això pot donar lloc a fins i tot milions de combinacions possibles, per la qual cosa triar la combinació òptima pot ser un treball humanament impossible en un temps raonable. L'objectiu d'aquest Treball Final de Màster és fer un estudi específic dels materials usats a la República Dominicana per a les diferents capes que componen els murs exteriors de grans edificis (particularment hotels), i mitjançant l'ús de la Programació Lineal Entera i del programa Mathematica, trobar la combinació òptima de materials i gruixos per a les diferents capes, de manera que s'optimitze la transmitància de la part opaca del mur exterior, tenint en compte entre altres, les característiques climatològiques d'aquest país. Com a conseqüència d'aquest estudi, no es descarta el suggeriment d'ús de materials d'aïllament tèrmic diferents als usats habitualment en aquest país. Com a conseqüència d'aquest estudi, no es descarta el suggeriment d'agregar altres capes al mur sense necessàriament encarir el seu cost.

[EN] Currently in the Dominican Republic, unlike other countries, there is no law that regulates energy efficiency in the construction sector, even though this is the second in the world of a ranking of 124 countries, to pay one of the most expensive electricity bill. One of the biggest electrical consumptions takes place as a result of establishing a pleasant temperature inside any building. The exterior walls of buildings are composed of layers of different materials that have specific properties depending on their nature and thickness. One of these properties is related to thermal transmittance, which basically measures the amount of heat that passes through said layer. The lower the transmittance of the outer wall, the greater thermal insulation of the interior of the building respect to the exterior. One way to contribute to the energy efficiency of a building is to design exterior walls with layers and materials appropriate to the climatic characteristics of the area by controlling the transmittance of them, so that a comfortable temperature can be maintained in the spaces inhabited, with the least possible use of heating or air conditioning, all respecting restrictions such as the thickness of the wall or the budget established for its construction. In the market there is a large amount of materials that are used for the layers of the outer walls, as well as there may be several thicknesses of these materials. If the number of layers is considerable, this can result in even millions of possible combinations, so choosing the optimal combination can be a humanly impossible job in a reasonable time. The objective of this Master's Final Project is to make a specific study of the materials used in the Dominican Republic for the different layers that make up the exterior walls of large buildings (particularly hotels), and through the use of Integer Linear Programming and the program Mathematica, find the optimal combination of materials and thicknesses for the different layers, so as to optimize the transmittance of the opaque part of the exterior wall, depending on the climatic characteristics of that country. As a consequence of this study, the suggestion of adding other layers to the wall without necessarily increasing its cost is not ruled out.