D04.1 : Proyecto ClimEX : Weather charcterization of Extremadura

D04.1_PROYECTO ClimEX
(Weather characterization of Extremadura)
ClimEX project is a spin off development of EDEA Renov, this part improves the accuracy of
the weather data in Extremadura in order to reach better simulations, obtaining the
severest and mildest weather areas in Extremadura, also creating an unified technical
climate dabase (.epw and .csv files) all of them following the methology proposed by
Europe weather institutions and Spain government and using databases from 66 weather
base station in Extremadura.
ÍNDICE
1.
INTRODUCCIÓN. ........................................................................................................................ 1
2.
OBJETIVOS. ................................................................................................................................ 2
3.
PROCEDIMIENTO PARA EL CÁLCULO DE LAS ZONAS CLIMÁTICAS DE EXTREMADURA. .............. 3
3.1.- CASO A: MUNICIPIOS CON REGISTROS CLIMÁTICOS.............................................................................. 9
3.2.- CASO B: MUNICIPIOS SIN REGISTROS CLIMÁTICOS. ............................................................................. 18
4.
RESULTADOS............................................................................................................................ 24
5.
CONCLUSIONES ........................................................................................................................ 29
6.
REFERENCIAS ........................................................................................................................... 35
1. INTRODUCCIÓN.
La directiva europea de ahorro y eficiencia energética 2009/91/CE (EPBD) [1], ha sido transpuesta
mediante el RITE (Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios) [2], el Código Técnico de la
Edificación (CTE) [3] y el Real Decreto 47/2007, de 19 de enero, por el que se aprueba el
procedimiento básico para la certificación energética de edificios de nueva construcción [4].
En el Documento Básico HE Ahorro de energía sección HE 1: Limitación de demanda energética del
Código Técnico de la Edificación se establecen los parámetros, objetivos y procedimientos mediante
los cuales se garantiza el cumplimiento de las exigencias básicas y la superación de los niveles
mínimos de calidad propios del requisito básico de ahorro de energía. Uno de los parámetros que
define este Documento Básico para caracterizar adecuadamente la envolvente de los edificios con el
fin de limitar su demanda energética es el clima de la localidad. Para conocer la zona climática de una
localidad, en su apéndice D “zonas climáticas” establece dos procedimientos: utilizar valores
tabulados o bien calcular las severidades climáticas del municipio mediante registros climáticos.
Si se escoge la opción D1 determinación de la zona mediante valores tabulados, solo es preciso
conocer la diferencia de altitud existente entre la localidad objeto de cálculo y su capital de provincia
para obtener su zona climática. En muchos casos, los resultados así obtenidos no se corresponden
con la realidad climatológica del municipio, ya que discriminan parámetros que tienen una influencia
directa en la misma y que sí son considerados en el presente estudio.
La segunda opción D2 Determinación de la zona climática a partir de registros climáticos define cómo
obtener las zonas mediante el cálculo de las severidades climáticas de invierno y de verano a partir
de registros climáticos de temperatura e insolación o de temperatura y radiación de series de datos
diarios de una longitud mínima de 10 años.
Para aquellos municipios de los que no se dispone de registros climáticos, este documento propone
una mejora a la opción D1 basado en un procedimiento de interpolación mediante en datos
climáticos contrastados.
Por todo lo anterior, el conocimiento exacto del clima cuando se trata de una ciudad que no es una
capital de provincia, es fundamental no solo para la calificación energética de un edificio, sino para
conocer su demanda y consumo.
1
2. OBJETIVOS.
El objetivo de este documento es el establecimiento de nuevas zonas climáticas mejorando la
consideración climática de aquellas localidades extremeñas que presentan datos climáticos
contrastados, estableciendo para ellos los correspondientes archivos climáticos donde se recogen las
severidades climáticas con el fin de poder establecer la demanda y calificación energética de los
edificios existentes o de nueva construcción.
Se ha realizado un análisis de los datos procedentes de la trama de estaciones meteorológicas
pertenecientes a Extremadura, según el cual se pone de manifiesto la existencia de diferencias
notables entre los valores que recoge el CTE y la realidad climática de la Región.
En consecuencia, mediante este documento se ofrece una información más próxima al clima
extremeño como base veraz para alcanzar los objetivos de ahorro y eficiencia energética recogidos
por el Código Técnico de la Edificación.
Para el cálculo de las zonas climáticas en Extremadura se utilizará una correlación que se define en el
Código Técnico de la Edificación (CTE), denominada severidad climática, existiendo una para invierno
y otra para verano, siendo la combinación de ambas severidades las que dan lugar a las zonas
climáticas. Ésta se obtiene a través de las dos variables que se exponen a continuación, las cuáles se
calcularán para los meses de octubre a mayo para el invierno y para los de junio a septiembre para el
verano:
1. Grados-día: se determina mediante la temperatura media mensual en °C, su desviación tipo y la
temperatura base (20°C), según la norma UNE-EN ISO 15927-6: Comportamiento higrotérmico de
edificios. Cálculo y presentación de datos climáticos. Parte 6: Diferencias acumuladas de
temperatura (en grados por día) [6].
2. Relación entre insolación mensual e insolación mensual máxima: la primera obtenida a través
de registros climáticos y la segunda calculada en función de la declinación solar y la latitud del
lugar.
La finalidad de este documento es mejorar, ampliar y rectificar la información que describe el clima
para cada uno de los 387 municipios de la Comunidad Autónoma de Extremadura.
Además, los resultados elaborados por este procedimiento, se
implementarán al Sistema de
Información Geográfica (GIS) de la Consejería de Fomento, Vivienda, Ordenación del Territorio y
Turismo del Gobierno de Extremadura, complementando así la red de información disponible para
los usuarios.
2
3. PROCEDIMIENTO PARA EL CÁLCULO DE LAS ZONAS CLIMÁTICAS DE EXTREMADURA.
Para la generación de las zonas climáticas, la información meteorológica analizada procede de los
siguientes Organismos Oficiales:
-
Agencia Estatal de Meteorología (AEMet)
-
Red de Asesoramiento al Regante (Redarex, Consejería de Agricultura, Desarrollo Rural,
Medio Ambiente y Energía del Gobierno de Extremadura).
Tanto de AEMet como de Redarex se adquieren datos de Temperatura (ºC) e Insolación (h).
De todos los daos disponibles se seleccionan y analizan un total de 66 municipios, de las cuales 22
disponen de datos de temperatura e insolación (perteneciendo 11 a la provincia de Badajoz y 11 a la
provincia de Cáceres) y 44 con datos de temperatura (23 pertenecen a la provincia de Badajoz y 21 a
la provincia de Cáceres).
En su selección han primado los criterios de calidad y fiabilidad de los datos, la longitud de las series y
la localización geográfica de las mismas. La longitud mínima de las series ha sido de 10 años tanto de
temperatura como de insolación, coincidentes en los mismos periodos temporales para cada
municipio.
En la tabla 3.1 se muestran los municipios escogidos de las fuentes analizadas, distinguiéndose entre
el periodo que contaba con datos de temperatura media diaria e insolación (periodo disponible) que
no siempre estaba completo y el periodo de datos que se ha considerado válido y que contaba con
una serie mínima de 10 años consecutivos (periodo seleccionado)
3
Tabla 3.1: Relación de datos climáticos disponibles para Extremadura
4
Tabla 3.1 (cont.): Relación de datos climáticos disponibles para Extremadura
5
Del mismo modo en la figura 3.1 se presenta, la densidad de los municipios con registros climáticos y
su localización en la Comunidad Autónoma de Extremadura.
Fig. 3.1: Densidad de estaciones y localización en la Comunidad Autónoma de Extremadura
6
Teniendo en cuenta la información analizada, se ha dividido en dos casos el procedimiento para el
cálculo de las zonas climáticas en Extremadura, ya que éste difiere según la disposición de registros
climáticos de los municipios, siendo éstos los que se describen a continuación.
- Caso A: Municipios con registros climáticos:
A.1: Municipios con datos de Temperatura e Insolación
La metodología seguida se basa en las tres etapas siguientes:
a) Filtrado de valores.
b) Metodología de normalización de los datos del período considerado.
b.1. Cálculo de la desviación de temperatura e insolación para capitales de provincia
b.2. Cálculo de los datos climáticos normalizados para los municipios
b.3. Cálculo de los grados-día mensuales
b.4. Cálculo de la relación entre insolación mensual y la insolación mensual máxima
c) Generación de zonas climáticas.
A.2: Municipios con datos de Temperatura
La metodología seguida se basa en las tres etapas siguientes:
a) Filtrado de valores.
b) Metodología de normalización de los datos del período considerado.
b.1. Cálculo de la desviación de temperatura para capitales de provincia
b.2. Cálculo de los datos climáticos normalizados para los municipios
b.3. Cálculo de los grados-día mensuales
c) Generación de zona climática de verano.
-Caso B: Municipios sin registros climáticos:
B.1: Municipios sin ningún registro climático
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Para el cálculo de su zona climática se utilizan los municipios del caso A, y a partir de éstos se realiza
el proceso de interpolación para grados-día e insolación. La metodología se basa en las siguientes
etapas:
a) Determinación de los municipios de referencia.
b) Metodología de interpolación para insolación y grados-día.
b.1. Cálculo de la distancia geográfica
b.2. Penalización por diferencia de altura
b.3. Penalización por diferencia de latitud
b.4. Procedimiento de interpolación
b.5. Corrección por diferencia de altura en grados-día
c) Generación de zonas climáticas.
B.2: Municipios con datos de Temperatura
Para el cálculo de su zona climática de invierno (dado que la de verano se ha calculado siguiendo el
caso A.2), se utilizan los municipios del caso A, y a partir de éstos se realiza el proceso de
interpolación para insolación. La metodología se basa en las siguientes etapas:
a) Determinación de los municipios de referencia.
b) Metodología de interpolación para insolación.
b.1. Cálculo de la distancia geográfica
b.2. Penalización por diferencia de altura
b.3. Penalización por diferencia de latitud
b.4. Procedimiento de interpolación
c) Generación de zona climática de invierno.
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3.1.- CASO A: MUNICIPIOS CON REGISTROS CLIMÁTICOS
A.1: Municipios con datos de Temperatura e Insolación
a) Filtrado de valores.
A partir de los registros analizados, se ha considerado que los registros climáticos de un cierto
municipio son suficientes para el cálculo de las severidades climáticas de invierno y verano, cuando
se dispone de datos de temperatura e insolación, durante más de 10 años y medidos según la Guía
WMO nº8.[7]
En el proceso de toma de datos se ha identificado cada una de las estaciones mediante:
- Nombre y provincia
- Latitud (º)
- Coordenadas UTM (m)
- Altitud (m)
Los datos de temperatura media diaria se medirán en º Celsius y los datos de insolación media diaria
en horas.
Se realiza un primer filtrado con objetivo de eliminar aquellos datos que ese encuentren fuera del
rango establecido en la fuente de información que darían lugar a modificaciones injustificadas de los
valores medios
En la práctica habitual, las observaciones se utilizan para hacer una estimación del valor real. Si los
errores sistemáticos no existen o se han eliminado de los datos, el valor verdadero puede ser
aproximado tomando la media de un número muy grande de medidas independientes
cuidadosamente tomadas. Sin embargo cuando sólo están disponibles un número menor de datos,
su media tiene una distribución propia, y el valor verdadero sólo puede esperarse dentro de ciertos
límites. Para este fin es necesario escoger una probabilidad estadística (nivel de confianza) para los
límites. La distribución del error de la media debe ser conocida.
Una explicación muy útil y clara de este concepto y otros temas relacionados se da por Natrella [8].
Una discusión adicional está dada por Eisenhart: [9].
A continuación se describen los pasos necesarios para la depuración de los datos, y obtener valores
confiables para los cálculos posteriores.
9
1.
Promedio de los datos mensuales disponibles
Se parte de un número de datos medidos diarios de varios meses y años, pudiendo existir varios
datos de un mismo día pertenecientes a estaciones de medida distintas. No se discrimina entre
diferentes estaciones, sino que para el cálculo del promedio mensual se utilizan todos los datos que
estén disponibles.
El cálculo del promedio mensual de temperatura, se realiza de la siguiente manera:
(3.1)
Dónde:
: Temperatura media diaria del mes x del año y
: Temperatura media diaria del día i de la estación j del mes x del año y
: Número de datos totales que se tienen
2.
Desviación estándar de los datos disponibles
(3.2)
Dónde:
: Desviación estándar del mes x del año y
: Temperatura promedio mensual del mes x del año y
: Temperatura media diaria del día i de la estación j del mes x del año y
: Número de datos totales que se tienen
3.
Límites admisibles
Según la guía WMO cuando se dispone una muestra pequeña, la media de las muestras se ajusta a la
distribución de Student siempre que los errores observacionales tengan una distribución gaussiana o
cuasi-gaussiana. En esta situación, y para un nivel elegido de confianza los límites superiores e
inferiores son:
(3.3)
10
(3.4)
Donde t es el factor de la distribución de Student que depende del nivel de confianza (1-α) escogido
y del grado de libertad de la distribución (número total de medidas-1). Elegido un nivel de confianza
del 95%, se tiene un 95% de probabilidades de que el promedio se encuentre entre los límites
superior e inferior. Se ha fijado un nivel de confianza en el 95% para temperatura y en un 99% para
insolación. Esta diferencia de las dos variables, es debido a que la temperatura responde bien a esta
distribución de datos y sin embargo la insolación no se ajusta a ninguna distribución, suponiendo el
99% de confianza el aceptar como válidos una mayor cantidad de datos. Se asume esta circunstancia
teniendo en cuenta la insolación es un valor que al depender de la latitud varía poco dentro de la
Comunidad Autónoma y que tiene una influencia menor que la temperatura en la determinación de
zonas climáticas.
Fig. 3.2: Distribución t-Student para un nivel de confianza del 95%
4.
Datos admisibles
Sólo se considerarán como valores medidos válidos aquellos datos medidos que se encuentren
dentro de los límites inferiores y superiores calculados en el punto 3.
Se volverá a aplicar el punto 1 sólo con los datos considerados como válidos, siendo este nuevo
promedio calculado el que se usará para los cálculos posteriores.
(3.5)
11
(3.6)
(3.7)
b) Metodología de normalización de los datos del período considerado
Una vez filtrados los valores mensuales para temperatura e insolación será necesario realizar una
normalización de los mismos, debido a que en los programas de referencia para la calificación
energética de edificios se dispone de años tipo para las capitales de provincia de España y en
concreto para las dos capitales de provincia de Extremadura en el periodo 61-90 (Guía resumida del
clima en España 1961-1990). [10]
Dado que los datos disponibles de registros climáticos para las municipios de Extremadura no son
suficientes como para la generación directa de sus correspondientes años tipo, se ha desarrollado
una metodología capaz de generar lo que se ha llamado “años climáticos normalizados”, siendo éstos
el conjunto de registros mensuales de variables climáticas (en este caso de temperatura e insolación)
generados a partir del año tipo de la capital de provincia a la que pertenece.
b.1. Cálculo de la desviación de temperatura e insolación para las capitales de provincia:
Se comienza calculando el “incremento” de temperatura para un mes dado, que se define como la
diferencia entre el valor de dicha variable en un año cualquiera y el valor correspondiente el año tipo
de la capital de provincia. El incremento así definido se expresa en grados Celsius.
Existirá por tanto un incremento para cada capital de provincia, mes y año para el que existan datos
registrados
La ecuación para el cálculo de este incremento es la que sigue:
(3.8)
Del mismo modo, el cociente de la insolación para un mes dado se define como la división entre el
valor de la insolación mensual en un año cualquiera, y el valor correspondiente al año tipo de la
capital de provincia, siendo una variable adimensional.
12
Igualmente existirá por tanto un cociente para cada capital de provincia, mes y años para el que
existan datos registrados.
El cálculo se realiza mediante la ecuación:
(3.9)
b.2. Cálculo de los datos climáticos normalizados para los municipios
Una vez obtenida la desviación de temperatura e insolación para la capital de provincia, se establece
la siguiente hipótesis de cálculo en la que “se considera para cada localidad o estación meteorológica
y cada una de las variables climáticas de las que contamos con registros climáticos, las mismas
desviaciones que las calculadas según el apartado anterior para su correspondiente capital de
provincia.”
Partiendo de las expresiones que se generan en los pasos previos y de la hipótesis anterior, se
establece el procedimiento de cálculo para el año climático modificado de los municipios de
Extremadura, para las que existen datos medidos, en cada una de las variables de estudio.
De este modo el cálculo de la temperatura media (ºC) y el ratio de insolación (adimensional) para
cada mes de cada año se realiza del siguiente modo:
(3.10)
(3.11)
Siendo:
Taño x = Temperatura media mensual del municipio con registros climáticos (°C)
mes y
Taño x = Desviación de temperatura (de la capital de provincia) (°C)
mes y
n N 
 n 
N
año x =
mes y
año x
mes y
Ratio de insolación mensual del municipio con registros climáticos.
= Desviación de insolación mensual (de la capital de provincia)
13
Y a partir de éstas magnitudes se calcula la temperatura media y el ratio de insolación mensual
normalizado para el año tipo:
(3.12)
(3.13)
b.3.Cálculo de los grados-día mensuales
Para el cálculo de las severidades climáticas de invierno y verano se ha seguido el procedimiento
establecido por el Anexo III del documento “Escala de Calificación Energética para Edificios de Nueva
Construcción” que establece las correlaciones que se muestran a continuación:
Severidad climática de invierno:
(3.14)
Donde
a
b
c
d
e
3.546E-04
-4.043E-01
8.394E-08
-7.325E-02
-1.137E-01
Siendo:
SCI: Severidad climática de invierno
Coeficientes a, b, c d y e: establecidos en el apartado D.2. del apéndice D del CTE DB-HE1
GD, la media de los grados-día de invierno en base 20 para los meses que van desde octubre
a mayo. Para cada mes están calculados en base horaria, y posteriormente divididos por 24.
n/N, el ratio entre el número de horas de sol y el número de horas de sol máximas sumadas
cada una de ellas por separado para los meses que van desde octubre a mayo.
Severidad climática de verano:
(3.15)
Donde:
a
b
c
2.990-03
-1.1597E-07
-1.713E-01
14
Siendo:
SCV: Severidad climática de verano.
Coeficientes a, b y c: establecidos en el apartado D.2. del apéndice D del CTE DB-HE1
GD, la media de los grados-día de verano en base 20 para los meses que van desde junio a
septiembre. Para cada mes están calculados en base horaria, y posteriormente divididos por
24.
El cálculo de los grados-día mensuales se hará según la norma “UNE-EN ISO 15927-6
Comportamiento higrotérmico de edificios. Cálculo y presentación de datos climáticos. Parte 6:
Diferencias acumuladas de temperatura (en grados por día)”
En esta norma se establece el procedimiento de cálculo de los grados-día (°C) de un cierto mes, a
partir de la temperatura media mensual, su desviación tipo, y la temperatura base (20ºC).
Para el invierno:
(3.16)
(3.17)
Para el verano:
(3.18)
(3.19)
Siendo:
: Diferencia de temperatura diaria acumulada en K día
:
Temperatura base en ºC (20ºC)
: Temperatura media mensual en ºC
:
Desviación estándar de la temperatura media en relación a la media mensual
: Número de días de un mes
15
De este modo se obtienen los grados-día de invierno y verano para el año climático normalizado del
municipio objeto de cálculo.
b.4. Cálculo de la relación entre insolación mensual y la insolación mensual máxima
Es necesario calcular la insolación máxima teórica para el día 15 de cada mes (siendo éste el día
representativo de la duración media mensual) y para cada municipio, ya que la duración del día es
variable en el espacio y en el tiempo y depende de la declinación solar y de la latitud del lugar. Una
vez obtenido el resultado se multiplicará por el número de días del mes dando como resultado la
insolación máxima teórica para el mes seleccionado, según la expresión:
(3.20)
Siendo:
Insolación máxima teórica para el día 15 de cada mes (horas de sol)
Número de días del mes
La declinación solar se calcula según la ecuación de Cooper (3.21), siendo la expresión más
extendida en la literatura solar por su sencillez y exactitud, y a partir de ésta se deduce el ángulo
horario y posteriormente la duración del día para la latitud seleccionada:
(3.21)
Siendo:
: La declinación para el día 15 de cada mes (º)
: El día acumulado para cada mes
Conociendo la declinación y la latitud se determina el ángulo horario, que es el ángulo
correspondiente a la aparición y la desaparición del Sol en el plano del horizonte, mediante la
siguiente fórmula:
(3.22)
: Ángulo horario (horas)
: Latitud del lugar en grados
Siendo la duración del día en horas:
16
(3.23)
c) Generación de Zonas Climáticas.
Para concluir con la zonificación climática del municipio, es necesario obtener sus severidades
climáticas, siguiendo el procedimiento establecido por el Anexo III del documento “Escala de
Calificación Energética para Edificios de Nueva Construcción” que establece las correlaciones
definidas en el apartado b.3. Cálculo de los grados-día mensuales (correlaciones 3.14 y 3.15)
Es el mismo documento “Escala de Calificación Energética para Edificios de Nueva Construcción” el
que fija para la asignación de las zonas climáticas seis divisiones para invierno y cuatro divisiones
para verano, que son las que se indican a continuación:
α
A
B
C
SCI≤0 0<SCI≤0.23 0.23<SCI≤0.5
D
0.5<SCI≤0.93
E
0.94<SCI≤1.51 SCI>1.51
1
2
3
4
SCV≤0.5
0.5<SCV≤0.83
0.83<SCV≤1.38
SCV>1.38
Con esto concluye el proceso de zonificación climática de los municipios con registros climáticos, que
servirán como municipios de referencia para los municipios que no cuentan con registros climáticos.
A.2: Municipios con datos de Temperatura
Partiendo de los archivos climáticos analizados, se ha considerado que aquellos municipios de los
que disponemos únicamente de registros de Temperatura en periodos de 10 años o superiores, un
total de 44 municipios, se filtrarán y normalizarán según su capital de provincia siguiendo el
procedimiento descrito en el apartado A.1., generando así un año tipo normalizado únicamente para
los grados-día, con los cuáles es posible conocer su zonificación climática de verano, según la
ecuación (3.15). Pudiendo utilizar así estos grados-día, como referencia para el procedimiento de
interpolación que se describe más adelante.
Dado que en este caso no se dispone de datos de insolación, esta se interpolará siguiendo el
procedimiento descrito más adelante, apartado B.1.
17
3.2.- CASO B: MUNICIPIOS SIN REGISTROS CLIMÁTICOS.
B.1: Municipios sin ningún registro climático
Cuando el municipio para el que se requiere su zonificación climática no dispone de registros
climáticos, o éstos no cumplen con los requisitos de calidad de los datos (medidos según la Guía
WMO nº8,) o con la serie mínima de datos (10 años según el documento “Condiciones de aceptación
de Procedimientos alternativos a Calener y LIDER” [11] ), habrá que recurrir al siguiente
procedimiento de interpolación que se describe a continuación, a partir de municipios cercanos que
sí cuenten con estos datos.
a) Municipios de referencia.
Los municipios de referencia son los 66 municipios de Extremadura, para los cuáles se ha generado
su zonificación climática en los apartados anteriores.
Al igual que para los municipios de referencia, para los municipios de los que no se dispone de
registros climáticos, se han identificado mediante:
- Nombre, provincia
- Latitud (º)
- Coordenadas UTM (m)
- Altitud (m)
b) Metodología de interpolación para insolación y grados-día
La metodología está basada en el método de interpolación de la inversa del cuadrado de la distancia
o método gravitatorio de Shepard [12], que a su vez utiliza el desarrollado por Zelenka et al. [13],
realizando las siguientes penalizaciones:
 Penalización debida a la diferencia de altura
 Penalización por la distancia Norte-Sur o latitud calculada por Wald and Lefèvre [14]
Este método asume que cada punto en el conjunto de datos, tiene una influencia local que
disminuye con la distancia y que por lo tanto los valores de los puntos cercanos al que se estudia
tienen mayor peso en el valor que será asignado al mismo.
b.1. Cálculo de la distancia geográfica
El cálculo de la distancia geográfica (d) entre dos municipios se realiza mediante la siguiente
expresión:
18
(3.24)
Donde:
x,y : coordenadas UTM de la localidad (km.)
z: la altitud de la localidad (km.)
b.2. Penalización por diferencia de altura
Para el desarrollo del procedimiento de interpolación de la insolación y la temperatura, se propone
una primera modificación de la distancia entre dos municipios haciendo una corrección según la
diferencia en la altitud entre las dos.
Será de aplicación la hipótesis desarrollada por Zelenka et al. que expone que “50 kilómetros de
distancia horizontal son equivalentes a 100 m en la altitud para el cálculo de insolación, mientras
para el cálculo de temperatura (grados día) es considerado que 10 kilómetros de distancia horizontal
son equivalentes a 100 m en la altitud.”
La expresión (3.24) queda modificada de la siguiente manera:
(3.25)
Donde la distancia horizontal es:
(3.26)
La distancia horizontal entre dos municipios se corrige según esta hipótesis aplicando a la diferencia
de altitud el
factor de corrección ( ) con un valor de 500 para la insolación y 100 para la
temperatura.
El factor de corrección se introduce en la expresión (3.25) para obtener la distancia efectiva (def):
(3.27)
b.3. Penalización por diferencia de latitud
Posteriormente, en el cálculo de la distancia entre dos municipios se hace una corrección según la
diferencia en la distancia norte - sur (latitud) llamada (FNS), la cual viene definida por Wald y Lefèvre
d ef*  FNS · d ef
(3.28)
19
Dónde:
(3.29)
Siendo
: la latitud expresada en grados
Por tanto la distancia efectiva (Km) es:
(3.30)
Selección de municipios para la interpolación
Los municipios de referencia son los 66 municipios de los que disponemos de registros climáticos. La
influencia que cada municipio con registro climático tiene sobre el municipio a calcular, se determina
mediante un factor de peso, el cual está en función de una penalización con respecto a la distancia
geográfica, la diferencia de altura y la diferencia de latitud.
(3.31)
Siendo:
wi: factor de ponderación del municipio de referencia “i”
m: municipios de referencia para la interpolación
def: la distancia efectiva
b.4. Procedimiento de interpolación
Finalmente, una vez realizadas las correcciones anteriores se realiza el procedimiento de
interpolación que está basado en el método de la inversa de la distancia desarrollado por Shepard
para aquellos municipios que no disponen de registros climáticos.
Las expresiones para el cálculo de la insolación y grados día para municipios sin registros climáticos
son las siguientes:
Para insolación de invierno y verano:
20
Invierno:
(3.32)
Verano:
(3.33)
Para Grados-día de invierno y verano:
Invierno:
(3.34)
Verano:
(3.35)
Para todos los casos:
(3.36)
Siendo:
wi
factor de ponderación de la localidad de referencia “i”
nver
Insolación acumulada durante el verano (ver)
ninv
Insolación acumulada durante el invierno (inv)
GDver,
Grados-día de verano (ver)
GDinv
Grados-día de invierno (inv)
n
Municipios de referencia para la interpolación.
b.5. Corrección por diferencia de altura en grados-día:
Una vez se han obtenido mediante el procedimiento de interpolación el año tipo para grados días, se
les aplica una última corrección sobre la altitud debido a que la altura media de los municipios
utilizados como referencia no tiene por qué coincidir con la del municipio interpolado.
21
Para ello se calcula la diferencia de altura que existe entre la altura real del municipio de cálculo y de
la altura promedio de las estaciones utilizadas en la interpolación. La altura promedio se calcula
siguiendo un procedimiento análogo al de los grados día promedio, con sus mismos factores de peso.
(3.37)
Antes de realizar esta corrección es necesario obtener la dependencia los grados-día en función de la
altura, debido a que el peso de la altitud del relieve es importante. Para ver esta dependencia, se han
representado los grados días de los 66 municipios con registros climáticos frente a la altura,
obteniendo una línea de tendencia.
Fig. 3.3: Dispersión de los GD de los 66 municipios con registros climáticos de Extremadura
De la correlación de grados-día frente a la altitud, se observa que para el invierno, ambas variables
tienen mayor dependencia que para el verano. Esto se justifica debido a que conforme aumenta la
altitud también lo hacen los grados-día de invierno puesto que la temperatura es cada vez más baja y
en el cálculo para temperaturas inferiores a la temperatura base (20º) se contabilizan la mayoría de
los días. Sin embargo para el verano no existe una gran relación de dependencia de las dos variables,
debido a que con la altitud aumentan el número de días con temperaturas inferiores a 20ºC no
siendo por lo tanto tenidos en cuenta en el cálculo de los grados-día.
La figura 3.4 representa tres municipios de referencia
sin un registro climático
, que tiene registros climáticos y un lugar
para el cual la insolación y los grados-día deben ser calculados.
22
Z
H-h
Localidades de referencia
H
Localidad objeto de cálculo
Altura media localidades de
referencia
h
Y
X
Fig. 3.4: Diferencia de la altitud entre la altitud verdadera promediada de un lugar
Finalmente los grados día de invierno y de verano se calculan según las siguientes expresiones:
(3.38)
(3.39)
Donde “H” es la altura del municipio a calcular y “h” la altura promediada de los municipios utilizados
en la interpolación.
c) Generación de zonas climáticas.
Con los grados-día de invierno y verano corregidos así como con las insolaciones tanto de inverno y
verano tal y como se acaba de calcular obtenemos el ratio de insolación
(3.40)
(3.41)
A partir de estos se obtienen las Severidades Climáticas tanto de invierno como de verano según las
correlaciones establecidas por el Anexo III del documento “Escala de Calificación Energética para
Edificios de Nueva Construcción”, las cuales quedaron explicadas en el apartado “c” del “Caso A”
descrito anteriormente.
23
B.2: Municipios con datos de temperatura
Como se describe en el apartado A.2., se han calculado los años tipo normalizado para grados día y
es necesario añadirles los de insolación, para completar la información.
Para ello se sigue procedimiento establecido en el apartado B.1 donde únicamente se interpola la
insolación teniendo en cuenta el factor peso de los 22 municipios de los que se disponen de registros
de temperatura e insolación, que tal y como se explicó anteriormente, este factor de peso está en
función de una penalización con respecto a la distancia geográfica, la diferencia de altura y la
diferencia de latitud, obteniendo así el año tipo para insolación, que junto con el de grados-día
permite conocer su zona climática
4. RESULTADOS.
La combinación de los procedimientos expuestos (para municipios con o sin registros climáticos),
permiten la obtención de la zona climática para los 387 municipios de la Comunidad Autónoma de
Extremadura. Los resultados obtenidos son los que se muestran a continuación:
24
25
26
27
Miajadas
Millanes
Mirabel
Mohedas de Granadilla
Monroy
Montánchez
Montehermoso
Moraleja
Morcillo
Navaconcejo
Navalmoral de la Mata
Navalvillar de Ibor
Navas del Madroño
Navezuelas
Nuñomoral
Oliva de Plasencia
Palomero
Pasarón de la Vera
Pedroso de Acim
Peraleda de la Mata
Peraleda de San Román
Perales del Puerto
Pescueza
Pesga, La
Piedras Albas
Pinofranqueado
Piornal
Plasencia
Plasenzuela
Portaje
Portezuelo
Pozuelo de Zarzón
Puerto de Santa Cruz
Rebollar
B4
C4
C4
C3
C4
C4
C4
C3
C4
C4
C4
C4
C4
C3
C3
C4
C4
C4
C4
C4
C4
C3
C3
C3
C4
C3
D3
C4
C4
C4
C4
C4
C4
C3
Riolobos
Robledillo de Gata
Robledillo de la Vera
Robledillo de Trujillo
Robledollano
Romangordo
Rosalejo
Ruanes
Salorino
Salvatierra de Santiago
San Martín de Trevejo
Santa Ana
Santa Cruz de la Sierra
Santa Cruz de Paniagua
Santa Marta de Magasca
Santiago de Alcántara
Santiago del Campo
Santibáñez el Alto
Santibáñez el Bajo
Saucedilla
Segura de Toro
Serradilla
Serrejón
Sierra de Fuentes
Talaván
Talaveruela de la Vera
Talayuela
Tejeda de Tiétar
Toril
Tornavacas
Torno, El
Torre de Don Miguel
Torre de Santa María
Torrecilla de los Ángeles
C4
C3
C4
C4
C4
C4
C4
C4
C4
C4
C3
C4
C4
C4
C4
C4
C4
C3
C4
C4
C3
B4
C4
C4
C4
C4
C3
C4
C4
C3
C3
C3
C4
C3
Torrecillas de la Tiesa
Torrejón el Rubio
Torrejoncillo
Torremenga
Torremocha
Torreorgaz
Torrequemada
Trujillo
Valdastillas
Valdecañas de Tajo
Valdefuentes
Valdehúncar
Valdelacasa de Tajo
Valdemorales
Valdeobispo
Valencia de Alcántara
Valverde de la Vera
Valverde del Fresno
Vegaviana
Viandar de la Vera
Villa del Campo
Villa del Rey
Villamesías
Villamiel
Villanueva de la Sierra
Villanueva de la Vera
Villar de Plasencia
Villar del Pedroso
Villasbuenas de Gata
Zarza de Granadilla
Zarza de Montánchez
Zarza la Mayor
Zorita
Tiétar
C3
C4
C4
C4
C4
C4
C4
C4
C3
C4
C4
C4
C4
C4
C4
C3
C4
C3
C3
C4
C4
C4
C4
C3
C3
C4
C4
C4
C3
C4
C4
C4
C4
C4
28
5.
CONCLUSIONES
La metodología desarrollada en este trabajo posibilita el cálculo de la zonificación climática de
cualquier municipio acorde con las Normativa Española sobre Eficiencia Energética en Edificios,
consiguiendo una zonificación más detallada que las existentes anteriormente.
 Recopilación de datos climáticos y generación de base de datos.
Las datos climáticos disponibles para la Comunidad Autónoma de Extremadura, tanto de la Agencia
Estatal de Meteorología (AEMet) como de la Red de Asesoramiento al Regante de Extremadura
(REDAREX), cuentan con registros de insolación y temperatura desde el año 1971, pudiendo
encontrarse para algunas estaciones datos anteriores a este periodo.
Sin embargo estas dos variables, no están disponibles para todos los municipios, especialmente en el
caso de la insolación.
Con esta información se ha generado una nueva base de datos de las dos variables de cada municipio
de la que se disponen de registros climáticos, con los datos que han superado el periodo de filtrado
expuesto en este trabajo y se han corregido aquéllos que presentaban anomalías. Además, ésta
incluye nuevas variables como las severidades climáticas de verano y de invierno y los grados-día,
generadas durante el proceso del cálculo de zonificación climática, completando así la información
disponible para cada municipio.
 Mejora de las zonas climáticas.
En la figura 5.2, se hacen patentes las diferencias entre la zonificación climática que establece el CTE,
y las calculadas según este procedimiento.
A modo de ejemplo, para el cálculo del municipio de Salvatierra de los Barros, desarrollado según el
apartado “3.2.-Caso B: Municipios sin registros climáticos” del presente documento, el CTE DB-HE1
en su apéndice “D.1 Determinación de la zona climática a partir de valores tabulados”, determina lo
siguiente:
“La zona climática de cualquier localidad en la que se ubiquen los edificios se obtiene de la tabla D.1
en función de la diferencia de altura que exista entre dicha localidad y la altura de referencia de la
capital de su provincia. Si la diferencia de altura fuese menor de 200 m o la localidad se encontrase a
una altura inferior que la de referencia, se tomará, para dicha localidad, la misma zona climática que
la que corresponde a la capital de provincia”
29
La altitud de Salvatierra de los Barros es de 619 m y la de su capital, Badajoz 168 m, existiendo una
diferencia de altitud de 451 m, correspondiéndole según el citado documento la zona climática D1.
Sin embargo, mediante el método de interpolación realizado, en el cuál se disponían de suficientes
registros de municipios cercanos a el municipio objeto de cálculo, se obtiene una zonificación
climática de C3, resultando por tanto sus niveles de demanda más acordes a la realidad climática de
la misma, ya que una zona climática D1 correspondería a municipios como, Palencia y Vitoria, tal y
como se muestra en la figura 5.1., lugares que no se asemejan a la climatología del municipio.
Fig. 5.1. Ciudades en distintas zonas climáticas
30
31
Fig. 5.2 Mapa comparativo zonificación climática
Se concluye por tanto que para aquellos municipios de los que no se dispone de datos, el
procedimiento de interpolación basado en la distancia efectiva, que tiene en cuenta la distancia
geodésica entre el municipio objeto de cálculo y los municipios de referencia, la diferencia de altitud
y de latitud, ha demostrado que todos estos factores tienen influencia en el resultado final obtenido.
 Variabilidad de la zonificación climática.
La homogeneidad de la geografía extremeña queda reflejada en la poca variedad de zonas climáticas
presentes en Extremadura. De los 387 municipios, 299 pertenecen a la zona C4, 81 a la C3,
quedando únicamente 5 en B4 y 2 en D3, correspondiéndose estos últimos con los lugares de
mayores altitudes (superiores a 1000 m).
Esto es así ya que se evidencia que la altitud tiene una gran influencia en la caracterización climática
sobre todo en invierno, y al no existir diferencias significativas en la Comunidad, la mayoría de los
municipios presentan un invierno suave (zona C). En la siguiente figura se muestran de menor a
mayor las altitudes de los municipios extremeños, de los cuáles aproximadamente el 85% se sitúan
entre los 200 y 600 metros.
Fig. 5.3: Altitud de los municipios de Extremadura
32
 Consideraciones sobre los límites de zonas climáticas.
El límite que separa las zonas 3 y 4 fue modificado en la última revisión del CTE, aumentándose de
1,35 a 1,38. Esto implica que muchos municipios que se encontraban en zona 4 pasaron a la 3.
Representando las severidades climáticas de invierno frente a las severidades climáticas de verano
de los 387 municipios, figura 5.4, se observa que muchos se encuentran en los límites de las zonas
climáticas de verano 3 y 4.
Fig. 5.4: Dispersión de las severidades climáticas para los 387 municipios de Extremadura
Se ha realizado un análisis pormenorizado de aquellos municipios que se encontraban en el límite de
zonas, para lo cual se han tenido en cuenta los valores de sus severidades climáticas y que éstos se
hubiesen obtenido de datos medidos o interpolados además de las zonas climáticas de su entorno y
las condiciones del relieve de todo el término municipal.
De los 21 casos así estudiados, finalmente se ha considerado que debían cambiar de zona los
municipios de Nuñomoral y Jaraíz de la Vera en Cáceres y de Puebla de Sancho Pérez en Badajoz, y
en los resultados que se presentan ya aparecen con esta corrección.
 Dispersión de la insolación.
Se ha realizado un estudio para ver la posible influencia que tiene la altitud y la latitud con la
insolación.
33
En las Fig. 5.5 y 5.6 se representan las variables Insolación de los municipios con registros climáticos
frente a la altitud y la latitud respectivamente, observando que la insolación
permanece
prácticamente constante para las altitudes y latitudes presentes en la Comunidad Autónoma de
Extremadura.
Fig. 5.5 Dispersión de la insolación vs altitud para los municipios con registros climáticos
Fig. 5.6 Dispersión de la insolación vs latitud para los municipios con registros climáticos
34
6.
REFERENCIAS
(1) DIRECTIVE 2002/91/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 16
December 2002 on the energy performance of buildings. Official Journal of the European
Communities. L 1/65.
(2) REAL DECRETO 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de
Instalaciones Térmicas en los Edificios.
(3) REAL DECRETO 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la
Edificación.
(4) REAL DECRETO 47/2007, de 19 de enero, por el que se aprueba el Procedimiento básico para
la certificación de eficiencia energética de edificios de nueva construcción.
(5) IDAE Instituto para la Diversificación y el Ahorro de la Energía: Escala de calificación
energética. Edificios de nueva construcción. Calificación de eficiencia energética de edificios
nº 7. Madrid.
(6) AENOR: Norma UNE-EN ISO 15927-6 Comportamiento higrotérmico de edificios. Cálculo y
presentación de datos climáticos. Parte 6: Diferencias acumuladas de temperatura (en grados
por día).
(7) Guide to meteorological instruments and methods of observation. World Meteorological
Organization, 2008. Seventh edition.
(8) Natrella, MG [1963]. Experimental Statistics. National Bureau of Standards Handbook 91. US
Government Printing Office, Washington
(9) Eisenhart, C. [1963] Realistic evaluation of the precision and accuracy of instrument
calibration systems. Journal of Research of the National Bureau of Standards, C-Engineering
and Instrumentation, 67, 2.
(10) Guía resumida del clima en España, 1961-1990. [Madrid] : Centro de Publicaciones,
Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Medio Ambiente, 1995
(11) IDAE Instituto para la Diversificación y el Ahorro de la Energía: Condiciones de aceptación de
Procedimientos alternativos a LIDER y CALENER. Calificación de Eficiencia Energética de
Edificios.
(12) Shepard D (1968) A two-dimentional interpolation function for irregularly-spaced data.
Proceedings ACM National Conference 1968, pp. 517-524.
(13) Zelenka, A., G. Czeplak.,V. D'Agostino, J. Weine., E. Maxwell., R. Perez, M. Noia, C. Ratto and
R. Festa (1992): Techniques for supplementing solar radiation network data, Volume 1-3. IEA
Report No.IEASHCP-9D-1.
(14) Wald, L. and M. Lefevre (2001): Interpolation schemes - Profile Method (a process-based
distance for interpolation schemes). SoDa Deliverable D5-1-1. Internal document.
(15) Sanchez de la Flor, F.J., Alvarez S., Molina J.L., Falcon R., Climatic Zoning and its Application to
Spanish Building Energy Performance Regulations. Energy and Buildings (Article in press. Ref:
ENB 24621-7)
35