04 marzo 2010

Introducción a la simulación energética de edificios

El estudio en detalle de la eficiencia energética en los edificios e instalaciones es una apasionante forma de descubrir un nicho profesional de ingeniería con incalculables posibilidades de aplicación práctica. Cuanto más antiguo es el edificio y menos cultura de la conservación de la energía exista en el escenario de análisis, mayores ventajas encontraremos si estudiamos en detalle los procesos termodinámicos que inciden en el consumo de energía.
Las aplicaciones de ingeniería, son a nuestro parecer el primer punto de partida por donde debemos iniciar nuestro camino en el estudio de las mejoras del proceso. Conforme avancemos en el estudio de aplicaciones reales nos iremos sorprendiendo más del auténtico derroche que seamos encontrando en soluciones que la mayoría consideran normales.
Nuestra cultura tiende a elegir soluciones pensando mayoritariamente en el coste inicial del producto que vamos adquirir, y nos damos cuenta que nuestros clientes no son conscientes de la penalización en consumo que tendrán que soportar durante decenas de años. La utilización de argumentos contundentes y justificaciones técnicas son los medios más comunes que podemos utilizar pero los más eficaces son incuestionablemente los simuladores de eficiencia energética.
CONCEPTOS BÁSICOS DE LA SIMULACIÓN DE ENERGÍA
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La evolución de la simulación de energía en las pasadas décadas alentado arquitectos e ingenieros aplicar estas tecnologías en el diseño de todo tipo de edificios, incluyendo industriales.
La teoría de la simulación de edificios se basa en los métodos tradicionales de cálculos de carga y energía en los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (ASHRAE 1993).
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El propósito del cálculo de cargas es determinar las cargas térmicas de diseño pico de los sistemas de calefacción, ventilación y aire en orden de diseñar el equipo y la planta; el propósito del cálculo energético es estimar los requerimientos de energía requeridos a lo largo de todo el año. Mediante herramientas de simulación se analiza de un edificio dinámicamente y se comprenden las relaciones entre los parámetros de diseño y las características de uso de la energía del edificio. Los efectos de toda clase de cambios pueden simularse y observarse en una fracción de tiempo y por una infracción del coste que se requeriría estudiando estas alternativas en la vida real. Información detallada del consumo energético del edificio las condiciones ambientales interiores y el rendimiento de equipo y planta pueden ser obtenidas para la evaluación del diseño y selección del sistema.
Los elementos principales de la simulación energética de edificios son los indicados en la figura. Dentro de estos sistemas de simulación se usan cuatro y modelos para representar que afectan al flujo energético del edificio:
  • Modelo del edificio.
  • Modelo del sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC).
  • Modelo de planta de HVAC.
Las entradas del sistema de simulación son las descripciones del edificio y los parámetros de diseño; las condiciones de los límites son el concepto climático de la localización. Los resultados obtenidos son los datos de consumo energético del edificio, demanda pico y condiciones ambientales interiores. Usualmente el objetivo del modelo buscado es proporcionar condiciones de interior confortables mientras que se mantiene unos niveles aceptables de consumo de combustible; para optimizar el rendimiento del sistema; o comparar a diferentes opciones de diseño basándonos en los costes del ciclo de vida. Se utiliza módulos adicionales para el análisis económico del proyecto.
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RANGO DE APLICACIONES .
En la práctica, las herramientas de simulación pueden utilizarse para las siguientes funciones:
  • Evaluar las opciones de diseño e investigar la optimización del diseño.
  • Facilitar la investigación de nuevas ideas.
  • Controlar el cumplimiento o de los códigos de energía de los edificios.
  • Realizar análisis económicos para determinar el impacto de las medidas de conservación.
Tres tipos de aplicaciones son comúnmente encontradas en el diseño arquitectónico:
a) Simulación energética de los edificios (todo el edificio). Esta es la aplicación más importante, puede realizarse un análisis completo o hacerlo por horas. b) Simulación de iluminación y luz natural: Está enfocado en el análisis de los aspectos de la luz natural y sus efectos en el rendimiento energético y visual. c) Simulación de sistemas solares: Los sistemas solares activos y pasivos pueden modelarse usando los programas diseñados para componentes y equipos. Aparte de los análisis energéticos, muchos programas de simulación permiten el cálculo de carga de diseño standard para determinar las capacidades de diseño de equipo y planta.
LIMITACIONES
El uso de los modelos de simulación para diseño de edificios tiene sus limitaciones cuando los modelos fallan en la preparación de datos por incertidumbres en el ambiente de diseño. Las principales limitaciones son las siguientes:
  • La entrada del programa es voluminosa y detallada científicamente, y se piden datos que no están disponibles
  • Los resultados del programa consisten en datos que pueden confundir al usuario. Comprender e interpretar los resultados es difícil.
  • Muchas herramientas de diseño detalladas están orientadas a la investigación.
  • El software no permite a los usuarios la flexibilidad suficiente como para hacer programación que cumpla fácilmente las necesidades particulares.
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