Comunicación presentada al IV Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Miguel Ángel Pascual Buisan, Socio Director, EFINOVATIC
- Nicolás Bermejo Presa, Responsable Concept Sales e Innovación, SAINT-GOBAIN y Adjunto Dirección Marketing, SAINT-GOBAIN ISOVER
Resumen
Estamos inmersos en un momento normativo apasionante, el cual supondrá una excelente oportunidad para para el establecimiento de un sistema de indicadores robusto basado en la norma ISO 52000-1 a través de los cuales se establezcan criterios objetivos para evaluar el nivel de eficiencia energética del edificio. Este momento requiere disponer de herramientas computacionales que permitan diseñar en la fase del proyecto estos edificios con garantías reconocidas. En la presente comunicación, se mostrarán ejemplos de cómo se puede realizar el diseño de EECN, la verificación de los requisitos del código técnico de la edificación y la calificación energética de los edificios a través de una nueva aplicación de libre uso denominada SGSAVE, una aplicación que se integra dentro de SketchUp y permite, con EnergyPlus y a través de OpenStudio, la introducción de la geometría del edificio y la modelización energética del mismo.
Introducción
La ambiciosa apuesta europea en favor de los Edificios de Energía Casi Nula (EECN) tendrá efectos prácticos inmediatos en todo el colectivo de proyectistas, que deberá de disponer de herramientas computacionales avanzadas que permitan el diseño de este tipo de edificios a nivel de proyecto.
Estamos inmersos en un momento normativo apasionante, el cual supondrá una excelente oportunidad para para el establecimiento de un sistema de indicadores robusto basado en la norma ISO 52000-1 a través de los cuales se establezcan criterios objetivos para evaluar el nivel de eficiencia energética del edificio.
Además de atender mejor los objetivos marcados por la Directiva Europea de Eficiencia Energética (DEEE), la actualización del Documento Básico del Código Técnico de la Edificación (CTE) logrará una normativa más fácil de comprender y aplicar y una mayor vinculación con los procedimientos de Certificación energética de los edificios.
Las mayores exigencias que requieren los EECN van a necesitar un mayor rigor y precisión en el análisis de su comportamiento térmico para optimizar las características de su envolvente y de sus sistemas.
Por todo ello, se hace más necesario que nunca, disponer de herramientas computacionales de libre uso:
- de modelización energética basadas en motores de cálculo internacionales de reconocido prestigio como por ejemplo EnergyPlus (Departamento de Energía de los Estados Unidos de América) que permitan adecuarse con garantías de toda la comunidad científica al nuevo concepto dinámico y evolutivo de los EECN.
- de diseño gráfico y modelado en tres dimensiones que permitan reflejar todas las características reales del edificio, fácil de manejar y reconocida a nivel mundial como por ejemplo SketchUp.
- Adecuadas a la normativa española y que además de diseñar a nivel de proyecto permitan la evaluación dual del grado de cumplimiento con respecto a los requisitos derivados del nuevo CTE y la Certificación Energética de los Edificios (CEE).
En la presente comunicación, se muestra una herramienta de elevadas prestaciones para el diseño de edificios de consumo de energía casi nulo, ya que una vez dibujado el edificio en SketchUp e integrados todos los detalles del mismo, se pueden realizar cálculos de una forma muy precisa a través del potente motor de cálculo que integra (EnergyPlus).
Este nuevo software incorpora todas las condiciones de cálculo establecidas en la normativa Española: archivos meteorológicos, perfiles de uso, edifico de referencia…en definitiva, todo lo necesario para que se pueda disfrutar diseñando el edificio y dejar a continuación que SGSAVE se encargue de todo lo demás.
Motores de cálculo para la simulación energética de edificios
En lo que se refiere al desarrollo de software específico para la simulación energética, ha sido Estados Unidos quien a través de su Departamento de Energía, más esfuerzo ha realizado en los últimos años a nivel mundial para el desarrollo de potentes motores de cálculo. Programas como el DOE2 o BLAST (Building Loads Analysis and System Thermodynamics) fueron desarrollados y utilizados en todo el mundo para la realización de simulaciones energéticas. En el año 2001 bajo la financiación del departamento de la Energía del Gobierno de los Estados Unidos, el prestigioso laboratorio de la Universidad de California Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) desarrolló un nuevo motor de cálculo que combina lo mejor de DOE2 o BLAST, y que se ha convertido en el referente mundial, llamado ENERGYPLUS.
Muchos organismos públicos e instituciones privadas, han desarrollado programas de simulación energética con motores propios o basados en algunos de los existentes. Además, existen softwares específicos que, basándose en algunos de los anteriores motores de cálculo, permiten generar un modelo, para un determinado motor de cálculo, definir las condiciones de contorno, etc., a través de un interfaz de diseño gráfico en tres dimensiones (3D) como los siguientes:
Introducción de la geometría y de los materiales
Cada uno de los programas anteriormente mencionados, y en general, cualquier programa de simulación computacional, debe de disponer de una interface adecuada que permita introducir la geometría del edificio de la forma más sencilla posible y reflejando la realidad al mismo tiempo. SG SAVE, utiliza como interface para introducir la geometría del edificio SketchUp el cual es un programa informático de diseño y modelaje en 3D para entornos arquitectónicos, ingeniería civil, diseño industrial, etc. inicialmente desarrollado y publicado por Google. Esta herramienta permite conceptualizar rápidamente volúmenes y formas arquitectónicas de un espacio. Además, los edificios creados pueden ser geo referenciados y colocados sobre las imágenes de Google Earth y sus principales virtudes son la rapidez y facilidad de uso.
Vamos a tratar el siguiente ejemplo, como una vivienda individual que dispone de cuatro plantas:
La planta sótano de la vivienda que se encuentra en contacto con el terreno, tiene una superficie repartida de la siguiente manera:
La planta baja, dispone de salón, cocina, un ropero, un baño y jardín:
En la planta primera se disponen los dormitorios:
La planta superior es la buhardilla con una superficie total de 42m².
El modelado 3D del edificio es un proceso relativamente sencillo en SketchUp y cuyos resultados se muestran a continuación:
Modelización energética: normativa y metodología
Como hemos mencionado en apartados anteriores, EnergyPlus a fecha actual, es uno de los motores de cálculo más potente que existe con un mayor reconocimiento de toda la comunidad internacional que trabaja muy bien en régimen dinámico y multizona. Uno de los principales problemas de EnergyPlus, al igual que muchos motores de simulación energética es la forma de introducir los datos, que es muy compleja y muy poco intuitiva ya que no permite “dibujar” el edificio y tanto la geometría como el resto de datos, es necesario introducirlos de forma “manual”. El resultado es un fichero de entrada que tiene un formato propio llamado IDF y codificado como texto. Por esta razón, el departamento de Energía del Gobierno de los Estados Unidos, desarrolló OpenStudio que permitía la introducción de los datos del edificio y de los sistemas de una forma más sencilla. Sin embargo, ambas herramientas tenían el problema de que no disponían de una interface que permitirá introducir un modelo en 3D, es decir que nos permitiera “dibujar” y definir el edificio en 3D y realizar los cálculos de forma directa. Por esta razón, se creó un plugin de OpenStudio que integrándose en SketchUP (un modelador 3D de Google) permite la completa modelación del edificio en 3D de forma directa. Todas estas herramientas, además son gratuitas y una vez tenemos instalado el anterior plugin y modelado el edificio, la simulación es automática a través de SGSAVE. Lo único necesario una vez instalado SketchUP es instalar SGSAVE ya que este complemento, contiene tanto Openstudio como EnergyPlus y lo más importante: todas las condiciones legislativas necesarias para realizar la simulación. La relación es por lo tanto la siguiente:
SGSAVE incluye todas las condiciones de contorno necesarias para realizar la simulación y cumple con lo establecido definidos en el apartado 5 del CTE, así como lo especificado en el documento reconocido sobre Condiciones técnicas de los procedimientos para la evaluación de la eficiencia energética de los edificios.
Informes de resultados
Cualquier programa de simulación, debe de aportar una serie de resultados claros que permitan la toma de decisiones a nivel de proyecto. Una vez introducida la geometría del edificio, las características técnicas de los cerramientos y las condiciones de contorno y operacionales, el siguiente paso es realizar la simulación energética y plasmar los resultados en una serie de informes que cumplan con lo requerido por la legislación si queremos utilizar los resultados de dicha modelización para la verificación de requisitos legales.
Desde la publicación de la modificación del CTE – HE en el año 2013 para la verificación del cumplimiento de los requisitos normativos establecidos en los documentos del CTE DB-HE, se puede utilizar cualquier método, siempre y cuando se respeten las condiciones indicadas en los documentos oficiales (ver el documento condiciones técnicas de los procedimientos para la evaluación de la eficiencia energética de los edificios del Ministerio de Industria, Energía y Turismo). En este contexto, la utilización del EnergyPlus resulta especialmente atractiva, no sólo porque nos permite dar cumplimiento al trámite administrativo, sino porque además, nos permite un avanzado análisis térmico del proyecto. Por lo tanto, el software de modelización, nos debe de permitir generar los informes necesarios que incluyan como mínimo la siguiente información:
- Zonificación climática del proyecto con las solicitaciones
- Los perfiles de uso normalizados con sus temperaturas de consigna
- Los parámetros característicos de la envolvente y las características de los equipos
- La descripción geométrica, constructiva y de usos del edificio
- Los procedimientos de cálculo utilizados
- Los valores del resultado de la modelización
Conclusiones
Estamos inmersos en un momento normativo apasionante, el cual supondrá una excelente oportunidad para para el establecimiento de un sistema de indicadores robusto basado en la norma ISO 52000-1 a través de los cuales se establezcan criterios objetivos para evaluar el nivel de eficiencia energética del edificio. En un momento en el que se establecen los requisitos que han de cumplir los EECN, se hace más necesario que nunca, disponer de herramientas computacionales que permitan diseñar en la fase del proyecto los EECN con garantías reconocidas.
Referencias
- Real Decreto 235/2013, de 5 de abril, por el que se aprueba el procedimiento básico para la certificación de la eficiencia energética de los edificios
- Orden FOM/1635/2013, por la que se actualiza el Documento Básico DB-HE «Ahorro de Energía», del Código Técnico de la Edificación, aprobado por Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo.
- Condiciones técnicas de los procedimientos para la evaluación de la eficiencia energética de los edificios. Ministerio de Fomento. Ministerio de Industria, Energía y Turismo.
- Energy Design Plugin: An EnergyPlus Plugin for SketchUp. U.S. Department of Energy
- Comparison of Building Energy Modeling Programs: Building Loads. Lawrence Berkeley National Laboratory
- The Implementation of Industry Foundation Classes in Simulation Tools for the Building Industry. Lawrence Berkeley National Laboratory
- EEFG. 2008. EnergyPlus Example File Generator. U.S. Department of Energy
- Google 2008. SketchUp Ruby API Developer’s Guide