El ahorro de energía en edificios en las fases de diseño preliminar

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El diseño de edificios de bajo consumo es una necesidad dada la actual alarma climática y energética. Aplicar el diseño integrado desde el inicio del proyecto es la forma más eficaz de optimizar el ahorro de energía sin incurrir en sobrecostes.

Gracias a las herramientas de simulación rápida disponibles, actualmente, es posible obtener datos sobre la demanda energética y térmica de un edificio y realizar numerosas pruebas para optimizar y reducir dicha demanda. Este trabajo se realiza en estrecha colaboración con el equipo de diseño pudiéndose conseguir ahorros energéticos entre un 20 y un 30% sin sobrecostes. 

¿Cómo medimos el ahorro de energía en edificios? 

Antiguamente, el consumo de los edificios no se priorizaba, en un entorno donde la energía era abundante y barata, un diseño eficiente no primaba sobre otros criterios de diseño, como los acabados, o las grandes vistas sin ningún tipo de obstrucción. La información sobre el consumo energético de un edificio solo se podía saber mirando la factura del gas o la electricidad y repercutiendo su coste por metro cuadrado a los inquilinos. En el mejor de los casos se aplicaban principios generales de diseño bioclimático que en muchas ocasiones no terminaban de funcionar, bien por un diseño subóptimo, o por una ejecución poco cuidadosa.

En la actualidad se puede conseguir un gran ahorro de energía optimizando el diseño de un edificio en las fases preliminares del diseño. 

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Los programas de simulación permiten calcular con antelación los consumos energéticos del edificio: 

  • Calefacción
  • Refrigeración
  • Ventilación 
  • Agua caliente sanitaria
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¿Qué es un a simulación energética?

Gracias distintos motores de cálculo de código abierto como Energy Plus, que sirve para el modelado energético, o Radiance que sirve para simular la luz natural, se pueden realizar simulaciones energéticas de cualquier edificio y predecir sus consumos energéticos con una gran precisión. 

Estas herramientas de cálculo se combina con interfaces gráficas cómo Sketchup o programas de BIM. Estas interfaces gráficas permiten modelar los edificios en 3D, definir las características de la envolvente, los tipos de usos de cada espacio, las cargas internas, la ocupación, la ubicación, el entorno, las sombras y por último las instalaciones y el clima.

Clima

Con toda esta información se puede realizar una simulación energética que permitirá que podamos analizar la construcción de una manera detallada. 

Pasos a seguir para hacer una simulación preliminar

Lo primero que se hace es elegir el tipo de edificio, que ya vienen definidos en plantillas. Esto nos permitirá ajustar numerosos parámetros de forma automática como la ocupación prevista, horarios de funcionamiento, cargas internas, termostatos o niveles de iluminación. Por ejemplo, serán totalmente distintas las cargas internas de una escuela donde los ocupantes pasan el día, a las de un hotel, que estará principalmente ocupado de noche y donde además habrá un gran consumo de agua caliente sanitaria.

En segundo lugar, se escoge su ubicación. La ubicación es determinante, ya que nos permite asignar un archivo de clima al modelo. Los archivos de clima contienen información de la temperatura, la humedad, el viento y la radiación solar que se pueden encontrar a lo largo del año en la ubicación escogida. Estos datos los da en valores medios y también en días extremos que sirven para dimensionar los equipos de aire acondicionado y calefacción.

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En tercer lugar, procedemos a modelar el edificio. Teniendo la tipología de edificio y su ubicación seleccionados, comenzamos a modelar el edificio. Dicho modelado ha de ser sencillo sin entrar en detalles geométricos que no vayan a influir en el consumo energético. En las simulaciones preliminares habrá que simplificar también los espacios interiores, llegando a superficies casi diáfanas en muchas ocasiones o con espacios asignados a las fachadas y un espacio central.

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En cuarto lugar, procederemos introducir las características de la envolvente. En esta fase preliminar, al igual que la geometría, es de principal importancia, ya que es la capa del edificio en contacto con el exterior y, por lo tanto, fundamental para su comportamiento térmico. En esta fase deberemos definir todos los parámetros térmicos de la envolvente, cómo los aislamientos, los puentes térmicos, las propiedades del vidrio, etc. Asignándolo de forma distinta para: cubiertas, fachadas, medianeras, vidrios, forjados en contacto con espacios no acondicionados, entre otros. 

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Por último, nos faltará definir el tipo de instalaciones. Esta parte puede llegar a ser muy compleja, pero gracias a los programas de simulación rápida, muchos de estos datos ya vienen plantillados, pudiendo simular de forma rápida distintos sistemas y escoger los más adecuados.

Con todos estos valores asignados, se puede calcular cuál es la demanda del edificio en calefacción, refrigeración, iluminación y ACSy dimensionar las instalaciones necesarias para combatirlas.

Iterar y probar alternativas de diseño para optimizar en vol

Con la simulación ya hecha, podemos ver el consumo total del edificio. Además, podemos obtener el costo anual del consumo estimado de energía o de gas. También se detallan cuáles son las emisiones de carbono en el funcionamiento del edificio.

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Estas simulaciones preliminares nos permiten ir realizando cambios en el modelo 3D como la orientación del edificio, el porcentaje de superficie vidriada a los distintos puntos cardinales, el nivel de aislamiento, el tipo de vidrios, las sombras, las protecciones solares, etc.

La idea es que se pueda partir de un modelo sencillo de tipo Simple Box para poder mejorarlo y comparar distintas alternativas de diseño, teniendo el consumo energético previsto en cada una de ellas. Y establecer cuál es la mejor estrategia de ahorro de energía y optimización de la misma.

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En un mundo donde el medio ambiente se va convirtiendo en el centro, la sostenibilidad en el ámbito de la construcción es un factor clave. Herramientas de simulación dinámica nos permiten realizar análisis a través de simulaciones preliminares para que las estrategias de ahorro de energía de nuestros edificios sean las más óptimas. 

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