Podemos decir que la mayor utilidad del módulo Simulación radica en evaluar el impacto que las características arquitectónicas de los edificios tienen en su desempeño energético y ambiental, teniendo en cuenta sus condiciones de uso y el clima del sitio.
Esas características se pueden definir mediante una serie de variables de diseño, entre las que se encuentran las siguientes:
- La configuración geométrica, incluyendo la forma, la orientación, la proporción y distribución del acristalamiento, e incluso la distribución espacial interna.
- La composición de los cerramientos opacos, que determina sus niveles de aislamiento y masa térmica. Esto incluye la ubicación y propiedades de sus diferentes capas de materiales, así como las características de sus acabados.
- La composición del acristalamiento, considerando aspectos como el número y tipo de vidrios, el gas de relleno (en ventanas con dos o más vidrios) y el tipo de carpintería.
- El uso de dispositivos de sombreado, como aleros y laterales, toldos, partesoles, lamas, persianas y pantallas.
- La aplicación de criterios para reducir las infiltraciones y los puentes térmicos en la envolvente del edificio.
- La implementación de estrategias y dispositivos especiales, como muros Trombe, cubiertas verdes, fachadas ventiladas y tubos canadienses.
Ahora bien, para evaluar el impacto de las variables de diseño, el módulo Simulación nos ofrece numerosos indicadores del desempeño. Entre los más importantes se encuentran los siguientes:
- Los balances térmicos, determinados por las fuentes de calor internas, las ganancias solares, las pérdidas/ganancias de calor asociadas a la envolvente y a los flujos de aire, y los aportes de los sistemas de climatización mecánica (cuando los hay). Son datos cruciales para identificar los aspectos en los que se puede actuar para mejorar el desempeño de los edificios.
- Las demandas y consumos energéticos asociados a los aparatos, la iluminación y, especialmente, los sistemas de climatización (considerando sus coeficientes estacionales de desempeño). Se trata de indicadores esenciales, pues uno de los objetivos más importantes de este tipo de análisis es precisamente reducir los consumos energéticos.
- Las condiciones ambientales y de confort. Además de las temperaturas internas y los niveles de humedad, con el módulo Simulación puedes calcular las horas de disconfort de acuerdo con métodos como los planteados por el estándar ASHRAE 55. Entre ellos se encuentran el método gráfico para edificios climatizados y el método de confort adaptativo, más orientado a edificios que funcionan en modo pasivo.
Nota: Los consumos energéticos de los sistemas de climatización calculados solo con el módulo Simulación se basan en coeficientes estacionales de desempeño. Para efectuar cálculos que tengan en cuenta las características específicas de esos sistemas es necesario usar también el módulo HVAC.
Ejemplos de uso del módulo Simulación
A continuación incluimos una serie de casos en los que se ha usado el módulo Simulación de DesignBuilder. Es solo una pequeña muestra, pero te puede ayudar a tener una mejor idea de lo que puedes hacer con este módulo. Recuerda que si tienes dudas sobre si es posible efectuar algún tipo de análisis específico, puedes contactarnos.
Las gráficas de abajo muestran los resultados de un análisis paramétrico que tenía como objetivo identificar la mejor solución de diseño, considerando tres variables: el nivel de aislamiento, el uso de dispositivos de sombreado, y la implementación de ventilación mecánica con recuperación de calor. A la izquierda tenemos las demandas energéticas, y a la derecha las horas de disconfort con base en el método gráfico del estándar ASHRAE 55.
Los resultados arrojan información muy valiosa sobre el efecto específico de cada una de las estrategias aplicadas, pero sobre todo indican claramente que la solución 12 (aislamiento alto, con dispositivos de sombreado y con recuperación de calor) es la que ofrece el mejor desempeño, reduciendo significativamente las demandas energéticas y manteniendo un número de horas de disconfort anuales relativamente bajas.
Nota: Las gráficas han sido generadas con la plantilla de resultados Result-DB_ConsDemDisc.
Este caso ilustra parte del análisis de una vivienda que funciona en modo pasivo, es decir, sin sistemas de climatización. Se comparó el desempeño ambiental del diseño original con el de una versión mejorada mediante estrategias relacionadas con la ventilación natural, la masa térmica y la protección solar.
Las dos gráficas de abajo representan la evolución de las temperaturas internas en el espacio de estar, durante una semana con temperaturas exteriores relativamente altas. La de arriba indica que en el proyecto original todos los días se supera con creces la temperatura máxima de referencia (28 ºC), mientras que la de abajo muestra una mejora sustancial; casi todos los días las temperaturas internas se mantienen por debajo del límite.
Las gráficas de bajo corresponden al mismo análisis, pero muestran la distribución de temperaturas internas durante todo el año, así como los niveles de confort conseguidos de acuerdo con el método adaptativo del estándar ASHRAE 55.
Nota: Las dos gráficas de arriba han sido generadas con la ayuda de la plantilla Excel Result-DB_CondAmbHor, mientras que las de abajo han sido generadas mediante la herramienta ConfAdapt-ASH55-ES.
En el siguiente caso te mostramos un par de análisis de balances térmicos. Forman parte de un estudio enfocado en mejorar el desempeño energético y ambiental de un proyecto de oficinas en el que, debido a las características climáticas del sitio y las condiciones de uso, los consumos energéticos para refrigeración podían ser especialmente críticos.
La gráfica de la izquierda muestra los balances térmicos mensuales del proyecto original, considerando las características geométricas y la composición de la envolvente inicialmente planteadas por el equipo de diseño. Es fácil percatarse de que el problema más importante son las ganancias de calor debidas al ingreso de radiación solar. De hecho, se observa que hay más ganancias solares durante los meses cálidos que durante los fríos.
La gráfica de la derecha muestra los balances térmicos del proyecto una vez aplicadas las estrategias de mejora, principalmente relacionadas con el control solar (orientación, proporción de acristalamiento, tipo de vidrio, uso de dispositivos de sombreado), pero considerando también un mayor nivel de aislamiento de los cerramientos opacos. Se observa que, al mejorar el control solar, se reducen de manera sustancial las demandas de frío. Por otro lado, la reducción de las pérdidas de calor a través de la envolvente también permite disminuir las demandas de calor.
Nota: Las gráficas han sido generadas con la plantilla de resultados Result-DB_BalanRenov.
El siguiente ejemplo ilustra una función extremadamente útil del módulo Simulación: la capacidad de plasmar muchos de los resultados directamente en el modelo 3D. Esta función no solo es un recurso para mostrar los resultados de manera atractiva, sino que permite explorar y analizar una gran cantidad de información de manera eficiente y sintética.
Las gráficas corresponden al análisis del desempeño energético de un hotel en un clima con veranos extremos, en el que reducir las ganancias solares resultaba crucial. Las gráficas de la parte superior muestran la radiación solar incidente en las distintas superficies exteriores, lo que permite identificar aquellas más problemáticas. Esta información se usó para orientar las decisiones de diseño.
Las gráficas de abajo, por otro lado, muestran cómo se reducen las ganancias solares cuando el acristalamiento con vidrio claro del proyecto original se sustituye por acristalamiento absorbente-reflectante en las ventanas críticas y bajo emisivo en las que no lo son tanto. De tener espacios que superaban los 90 kWh/m2 pasamos a una solución en la que todos los espacios tienen ganancias solares por debajo de los 20 kWh/m2.
Aquí tienes un listado más detallado con las características del módulo Simulación de DesignBuilder:
- El motor de cálculo de EnergyPlusofrece, entre otras cosas, una solución integrada de todos los procesos energéticos, el manejo de etapas de simulación menores a una hora y el cálculo simultáneo de los fenómenos radiantes y convectivos en las superficies de los cerramientos.
- Las simulaciones dinámicas con EnergyPlusofrecen una comprensión detallada del desempeño ambiental y energético de los edificios en "tiempo real", empleando archivos de datos climáticos horarios.
- Las simulaciones arrojan abundante información sobre el desempeño de los edificios, incluyendo consumos energéticos, emisiones de carbono y condiciones higrotérmicas interiores. Es posible obtener los resultados en diversos intervalos: anual, mensual, diario, horario y sub-horario.
- Además de las simulaciones dinámicas, es posible llevar a cabo cálculos de dimensionamiento de los sistemas de calefacción y refrigeración mediante el método Heat Balance de ASHRAE, con base en condiciones climáticas de diseño.
- Ofrece modelos detallados de confort, incluyendo el método ASHRAE 55, Voto Medio Previsto de Fanger y confort adaptativo, entre otros.
- Es posible obtener resultados detallados en cada superficie del modelo, incluyendo la radiación solar incidente, las temperaturas superficiales y los intercambios radiantes-convectivos.
- Permite el modelado de estrategias y dispositivos especiales para el ahorro energético, como cubiertas verdes, fachadas ventiladas, materiales de cambio de fase, vidrios dinámicos y pozos canadienses, entre otros.
- Los resultados de las simulaciones con EnergyPlusse pueden exportar como condiciones de límite para desarrollar análisis con el módulo CFD.
- Los sistemas de climatización se pueden modelar mediante la opción Simple o Detallada. Ésta última requiere el módulo HVAC.
- Permite modelar estrategias avanzadas de ventilación natural, incluyendo el control de la apertura de ventanas, rejillas y puertas. La ventilación natural también se puede emplear junto con los sistemas de climatización para modelar sistemas mixtos.
- Se tiene acceso a cálculos muy detallados del sombreado y las reflexiones solares. Es posible modelar una gran cantidad de dispositivos de sombreado, ya sean arquitectónicos o integrados en las ventanas.
- El análisis paramétrico con el módulo EnergyPluspermite evaluar el impacto de diversos parámetros de diseño en forma secuencial.
- El Administrador de simulacionespermite ejecutar y controlar múltiples simulaciones en paralelo. Las simulaciones se pueden llevar a cabo en su propia computadora, en una red local o en un servidor remoto.
- Se dispone de varias opciones de simulación conEnergyPlus, incluyendo la versión ejecutable DOE y la versión DLL. También es posible utilizar DesignBuilderpara generar archivos IDF que se pueden ejecutar directamente en EnergyPlus.
