Comunicación presentada al III Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autor
- Miguel Á. García-Fuentes, Coordinador Proyecto OptEEmAL, Fundación CARTIF
- Gema Hernández, Investigadora, Fundación CARTIF
- Víctor Iván Serna, Investigador, Fundación CARTIF
- Julia Mª Vicente, Investigadora, Fundación CARTIF
Resumen
El diseño de proyectos de rehabilitación de distritos y edificios para hacerlos más eficientes desde el punto de vista energético y de recursos debe involucrar a todos los actores implicados en la cadena de valor en un proceso colaborativo que permita el desarrollo de soluciones económicamente sostenibles. El proyecto OptEEmAL está enfocado a desarrollar una plataforma de diseño de proyectos de rehabilitación energética a nivel de distrito. Proporcionará un diseño sistemático, integrado y optimizado basado en un enfoque de tipo IPD, reduciendo el tiempo de desarrollo de los mismos y las incertidumbres asociadas al proceso, resultando en mejores soluciones cuando se comparan con las prácticas habituales en el negocio, contribuyendo así al diseño de rehabilitaciones eficientes en el uso de energía y recursos a nivel de distrito y también de edificio.
Introducción
OptEEmAL es un proyecto financiado por la Unión Europea dentro del programa marco H2020 cuyo principal objetivo es el desarrollo de una herramienta para el diseño de proyectos de rehabilitación energética a nivel distrito.
La plataforma OptEEmAL está compuesta de diversos módulos que garantizan su funcionamiento, pero se asienta sobre ciertos pilares fundamentales que se definen a continuación, a saber: fomentar el uso de BIM (Building Information Modeling) y de estrategias de colaboración de todos los agentes involucrados en el proceso, como el IPD (Integrated Project Delivery), la implementación de un catálogo de medidas de conservación de la energía a nivel de edificio y distrito y la evaluación multi-objetivo a través de indicadores específicos para distrito, DPIs por sus siglas en inglés (District Performance Indicators) en los ámbitos de energía, confort, coste y aspectos sociales, ambientales y urbanos.
Implementación de la aproximación IPD
El Integrated Project Delivery se asienta sobre principios de respeto y confianza entre los participantes, la consecución de un beneficio mutuo, innovación colaborativa y toma de decisiones en común, implicación de los participantes principales desde un primer momento, establecimiento temprano de objetivos, planificación intensiva, comunicación abierta, tecnología apropiada, organización y liderazgo.
Con la implantación de esta metodología se consigue un mayor conocimiento por parte de todos los participantes en el proyecto constructivo y se reorganizan las fases del mismo, comenzando todas ellas en un punto anterior a lo que suele ser habitual. Esto garantiza que no se realicen cambios en el proyecto en fases posteriores, consiguiendo reducir los numerosos gastos que estas modificaciones conllevan, además de fomentar un mayor intercambio de información entre los participantes.
OptEEmAL propone una integración de esta aproximación en la forma de comunicarse e informar a los distintos participantes dentro de la fase de diseño de proyectos de rehabilitación integrales a nivel de distrito. La plataforma se asegurará de ofrecer las funcionalidades necesarias para cada una de estos actores en forma de interfaces para la entrada o salida de datos, así como la visualización de las alternativas tanto en forma de evaluación de indicadores como visualización 3D del aspecto del distrito bajo las diferentes alternativas.
Método basado en BIM
El uso de una aproximación IPD para la gestión de las comunicaciones entre los participantes y la estructura del proceso constructivo encaja dentro de la estructura colaborativa propuesta en el universo BIM. Este sistema de gestión de la información permite tener un control del edificio o elemento a construir durante todas las fases de su desarrollo y durante el ciclo de vida de edificio. La información se recoge en los distintos elementos paramétricos que componen el edificio y que contienen información semántica, siendo estos además editables de forma sencilla.
Aunque este sistema viene desarrollándose desde hace unos años, hoy en día no se ha conseguido una sólida implantación ni un uso habitual de este proceso. Sin embargo, este método de trabajo permitirá aumentar la productividad del sector de la construcción, así como la calidad y transparencia de la información, lo que hace que incluso a nivel normativo se esté trabajando en regular su implementación en un futuro próximo. Establecer esta adaptación de la normativa para el empleo generalizado del BIM se encuentra ya dentro de la hoja de ruta de los estados miembros de la Unión Europea.
Con BIM, la interacción entre los distintos participantes en el proceso constructivo está garantizada, permitiendo incluir información de cada tipo de disciplina en un mismo archivo y comprobando su adecuada interrelación, además de poder recoger la información e inteligencia necesaria para poder llevar a cabo un seguimiento después de su construcción.
Por su parte, OptEEmAL requerirá como dato de entrada para su funcionamiento información generada a través de métodos BIM y exportados siguiendo formatos de intercambio de datos estándares (como IFC, CityGML, etc.) fomentando de esta manera el necesario cambio hacia esta eficiente forma de proceder en el ámbito de la construcción.
Catálogo de Medidas de Conservación de la Energía
La plataforma OptEEmAL generará y evaluará posibles escenarios de rehabilitación basados en la aplicación de una serie de medidas de conservación de la energía que podrán ser tanto convencionales como innovadoras. Dichas medidas estarán recogidas en un catálogo de acuerdo a un modelo de datos basado en estándares (como IFC o CityGML) que será consultado por la plataforma OptEEmAL en distintas fases del proyecto de diseño para obtener la información necesaria.
Las soluciones incluidas este catálogo serán tanto de tipo pasivo (mejoras de la envolvente, cambio de ventanas), como de tipo activo (relativas a los sistemas de generación de energía, energías renovables o estrategias de control) y se aplicarán tanto a nivel de edificio como a nivel de distrito. Las medidas podrán ser soluciones genéricas con valores establecidos por defecto o soluciones específicas proporcionadas por casas comerciales.
Todas estas soluciones serán almacenadas en formato BIM, de modo que su implementación en el BIM original introducido por el usuario pueda ser posible mediante un proceso de adaptación que deberá ser supervisado por el usuario.
Evaluación a través de indicadores de comportamiento de distrito (DPIs)
Los DPIs, o indicadores de rendimiento a nivel distrito, son indicadores empleados para la evaluación del distrito siguiendo distintos parámetros. OptEEmAL está basado en seis categorías principales para esta evaluación: energéticos, de confort, medioambientales, económicos, sociales y urbanos. Tanto la evaluación como optimización de las diferentes alternativas de diseño, que permitirán el diseño óptimo de las alternativas, se basa en el cálculo de estos indicadores a través de diferentes herramientas de simulación tanto energética como de cálculo de costes, aspectos ambientales, etc., donde el compromiso entre el tiempo de computación y la precisión de los resultados necesaria se convierte en un elemento clave del desarrollo.
Tanto los cálculos de estos indicadores como los algoritmos de optimización que se están implementando se basan en la integración de los intereses de todos los actores involucrados en el proceso, de forma que se asegure que la implementación del proceso colaborativo es capaz de reflejar los objetivos de cada uno de estos agentes.
La plataforma OptEEmAL
Qué es OptEEmAL
OptEEmAL es una plataforma para el diseño de proyectos de rehabilitación energética a nivel distrito. Trabajando con los datos de entrada proporcionados por el usuario (BIM, CityGML, datos contextuales y de proyecto) la plataforma evaluará mediante unos indicadores el rendimiento energético del distrito (entre otros). Se propondrán diversas soluciones para su rehabilitación, aplicando medidas de conservación de la energía (tanto pasivas como activas o de control), recogidas en un catálogo, y se mostrarán al usuario las mejores soluciones obtenidas como resultado del proceso de optimización llevado a cabo en la plataforma, es decir, aquellas soluciones que ofrezcan mejores resultados de la evaluación de los indicadores. Como resultado del proceso el usuario obtendrá información detallada, de acuerdo a diferentes estándares de intercambio de información, del proyecto de rehabilitación seleccionado, con un alto nivel de precisión.
Tal y como muestra el esquema de funcionamiento, la evaluación que permite seleccionar el proyecto óptimo de rehabilitación se basa en un diagnóstico del estado actual del distrito (en base a los indicadores de rendimiento), y a la generación automática de diferentes alternativas de implementación de medidas (cuya información estará almacenada en el catálogo de medidas de conservación de la energía). El intercambio de datos necesario para asegurar la interoperabilidad interna entre los datos que maneja la plataforma y las diferentes herramientas de evaluación y optimización se basa en un modelo de datos enriquecido semánticamente, donde a través de la integración de diferentes estándares de datos (como IFC para información de los edificios, CityGML para la información de distrito y diferentes datos contextuales siguiendo un modelo de datos basado en ontologías), de forma que el modelo de datos (que también rige el desarrollo del catálogo de medidas de conservación de la energía) se convierte en el elemento de unión entre todos los componentes de la herramienta.
Cómo funciona OptEEmAL
El proceso dentro de la herramienta OptEEmAL se describe a continuación y se podría dividir en siete fases: introducción de datos, cálculo de DPIs, consulta del catálogo de medidas de conservación de la energía (ECMs o Energy Conservation Measures), comprobación de estrategias, generación de escenarios y optimización, generación del BIM modificado y exportación de datos.
1. Introducción de datos: en esta primera fase se introducirán datos correspondientes a cuatro categorías principales: datos de contexto, datos de configuración del proyecto, información de distrito e información relativa al edificio. Esta recopilación de datos se llevará a cabo de forma automática o de forma manual por parte del usuario.
Los datos imprescindibles para el funcionamiento de la plataforma son los archivos en formato IFC y CityGML, que habrán sido modelados siguiendo unas determinadas pautas. Estos contendrán la información geométrica y constructiva necesaria y la relación existente entre los edificios.
Otros datos que también tienen especial relevancia para llevar a cabo el proceso en OptEEmAL son los que tienen que ver con los objetivos de los usuarios y barreras para la instalación de tecnologías en el distrito.
Entre los datos que se recopilan de forma automática se encuentran la información relativa al clima y a los precios de la energía. Estos se conseguirán a través de la consulta de bases de datos asociadas a la localización del proyecto.
2. Cálculo de DPIs: después de haber introducido toda la información necesaria en el sistema, se invocarán herramientas externas que permitan el cálculo de los indicadores de las seis categorías anteriormente indicadas. Se obtendrán así unos indicadores de diagnóstico, que evalúan la situación inicial, e indicadores asociados a cada escenario que la plataforma genere, pudiendo así comparar entre ellos e identificar el escenario que mejores resultados arroje. Después del cálculo de los indicadores de diagnóstico, se mostrarán al usuario para comprobar si los objetivos que había establecido anteriormente se mantienen o desea editarlos.
3. Consulta del catálogo: tras haber calculado los DPIs de diagnóstico, y sabiendo cuáles son los objetivos generales y barreras que existen para la aplicación de diversas medidas de conservación de la energía, la plataforma consulta el catálogo para conseguir las medidas que podrían ser de aplicación en el distrito.
4. Comprobación de estrategias: las estrategias seleccionadas del catálogo se mostrarán al usuario con el fin de que éste pueda rechazar aquellas que, por cualquier motivo, no pueda incluir y que no hayan sido filtradas por las barreras que había establecido en un principio. Con lo que se consigue también reducir el número posible de combinaciones que pueda crear la plataforma.
5. Generación de escenarios y optimización: una vez validadas las estrategias del catálogo con las cuales puede trabajar OptEEmAL se generarán distintos escenarios, que consisten en la aplicación en el modelo base de una o varias medidas de conservación de la energía.
Para cada uno de estos escenarios se calcularán los valores de DPIs, que se compararán con el escenario base y también entre ellos para, mediante el proceso de optimización iterativo, poder seleccionar los mejores escenarios posibles. Estos serán mostrados al usuario con el objetivo de que seleccione el que mejor satisfaga sus criterios.
6. Generación del BIM modificado: habiendo seleccionado el usuario el mejor escenario se procederá a la generación del BIM modificado, que consiste en la aplicación en el IFC introducido por el usuario de las distintas medidas del catálogo empleadas, también en formato IFC.
Este proceso será realizado de forma automática en la medida de lo posible, aunque la supervisión por parte del usuario será necesaria para garantizar la correcta implementación de las nuevas medidas.
7. Exportación de datos: al final del proceso se obtendrán diversos tipos de datos necesarios para la realización del proyecto de rehabilitación. Entre ellos destacan el archivo IFC modificado (con las medidas de conservación de la energía implementadas), informes acerca de las medidas a implementar y otros datos complementarios que sean de utilidad.
En la plataforma OptEEmAL existen numerosos puntos donde la interacción con el usuario es necesaria, por una parte, debido a la implementación de la estrategia IPD y por otra, para garantizar el adecuado funcionamiento de la plataforma. En estas interacciones se informa al usuario de las operaciones llevadas a cabo, como se pide su validación de distintos procesos. De hecho, en cada una de las fases descritas anteriormente siempre existe alguna parte donde el usuario ha de interaccionar con la plataforma: introduciendo datos, comprobando estrategias, cambiando o no sus objetivos, seleccionando el escenario óptimo, supervisando la generación del BIM modificado o exportando los datos.
Demostraciones
La plataforma OptEEmAL se validará, durante su desarrollo, a través de una estrategia de demostración basada en justificar el comportamiento de cada uno de los módulos de la herramienta en un primer nivel, la demostración de su operatividad y funcionamiento a través de un prototipo completo y, finalmente, la demostración real de su operación en casos de estudio en los que los potenciales usuarios finales la emplearán para el diseño de proyectos de rehabilitación a nivel de barrio.
La evaluación del prototipo cubrirá un amplio espectro de casos, lo que garantiza un buen funcionamiento de la plataforma bajo diferentes condiciones, tales como aspectos climáticos y distintas condiciones de contorno (usos, tipologías de construcción, niveles de intervención, condiciones de conservación, existencia de barreras específicas, consideración de edificios como históricos, etc.).
Para la etapa final de demostración, el proyecto cuenta con la participación de tres entidades diferentes que realizan habitualmente diseño de proyectos de rehabilitación a nivel de distrito. Una municipalidad, un consorcio privado de oficinas técnicas y una empresa municipal serán los encargados de demostrar el rendimiento, la utilidad y la facilidad de utilización de la herramienta para el desarrollo de planes integrados de rehabilitación energéticamente eficiente de distrito mediante tres entornos reales, tres casos de demostración ya comprometidos con el proyecto: San Bartolomeo (Trento, Italia), Txomin Enea (San Sebastián, España) y Möllevången (Lund, Suecia).
Serán cubiertas, por tanto, una amplia gama de condiciones de contorno y también posibles mecanismos financieros que permitan evaluar el comportamiento de la plataforma OptEEmAL en un entorno de diseño operativo real.
Conclusiones
OptEEmAL proporcionará una plataforma sistémica para diseñar proyectos de rehabilitación de eficiencia energética a nivel de edificio y de distrito con un alto potencial de aplicación en toda Europa. Su objetivo será el de acelerar el despliegue de soluciones integradas plenamente cuantificados en términos de objetivos de rendimiento, acordes con la regulación y orientadas a cubrir las expectativas y las restricciones de los usuarios para mejorar significativamente la vida cotidiana de las Comunidades Europeas, y en paralelo aumentar la sostenibilidad de los edificios y mejorar la eficiencia energética y los recursos a la vez que reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en las zonas urbanas.
Pueden lograrse amortizaciones rápidas de las inversiones iniciales gracias a las soluciones integrales mejoradas resultantes de la utilización de OptEEmAL, consiguiéndose un mejor diseño reduciendo el tiempo, las incertidumbres y las restricciones y mejorando la operación y mantenimiento de las zonas rehabilitadas. Todo esto da lugar a soluciones mejoradas en comparación con el enfoque de negocio tradicional.
Agradecimientos
Este proyecto ha recibido fondos del Programa de Investigación e Innovación de la Unión Europea HORIZON 2020 bajo el acuerdo de subvención nº 680676. Toda la información relacionada con el proyecto OptEEmAL está disponible en la página web.
Referencias
- Integrated Project Delivery: A Guide, American Institute of Architects, AIA California Council, Report, 2014.
- Sauer B. et Pedrola B. (2014), First survey of existing tools and methods supporting evaluation indicators for urban district retrofitting and renewal, ECODISTR-ICT project.
- Giannakis, G., Lilis, G. N., Kontes, G., Valmaseda, C., & Garcia-Fuentes, M. (2015). A methodology to automatically generate goemetry inputs for energy performance simulation from IFC BIM models. IBSPA Conference, Hyderabad, India, (pp. 504-511).
- Sicilia, A., Leandro, M., & Pleguezuelos, J. (2014). Integrating multiple data sources, domains and tools in urban energy models using semantic technilogies. ECPPM, Vienna, Austria, (pp. 837-844).