La combinación de Google Skech-up y OpenStudio sirve como herramienta de entorno gráfico en la simulación térmica de un edificio y permite definir la información requerida para el cálculo de la demanda o el consumo de energía del edificio, tal y como se describe en el artículo EnergyPlus 4. Introducción a Google Sketch-up y OpenStudio. Sin embargo, es importante destacar que toda esta información se guarda en un archivo con extensión .idf, que es el archivo necesario que EnergyPlus necesita para la simulación térmica del edificio y que se puede modificar con el IDF Editor.

Aunque gran parte de la información requerida para poder llevar a cabo la simulación térmica de un edificio se puede hacer dentro del entorno gráfico que proporciona Google Skech-up y OpenStudio, existen ciertos objetos requeridos en la simulación que, obligatoriamente, deben definirse mediante el IDF Editor. En este artículo se propone la preparación de una plantilla del edificio realizada en el IDF Editor, con la información requerida más importante y básica, para que ésta se pueda abrir desde Google Skech-up y el usuario pueda completar desde la interfaz gráfica el resto de variables necesarias para iniciar la simulación.

Los objetos que se definen en el IDF Editor son los siguientes: parámetros de simulación, localización y clima, materiales de construcción y tipo de construcciones. Además, se incluyen los parámetros de simulación elegidos en nuestro ejemplo.

1. Parámetros de simulación.

Los objetos necesarios para definir los parámetros de simulación necesarios son los siguientes:

  • Version: Indica la versión de EnergyPlus con la que se está trabajando. La última versión es la 8.3
  • Simulation Control: Permite al usuario especificar que tipo de simulación es la que se quiere llevar a cabo. Para ello se indica un "yes" o un "no", en función de la elección realizada. Por un lado se define el tipo de dimensionado y por otro, el periodo de la simulación. Los objetos necesarios son los siguientes:
    • Zone sizing calculation: Dimensionado de tipo zona. Se define una zona teórica e ideal y se determinan las cargas de calefacción y refrigeración de diseño.
    • System sizing calculation: Dimensionado de tipo sistema. Se define un sistema determinado por varias zonas y se suman los resultados de cada una de las zonas.
    • Plant sizing calculation: Dimensionado de tipo planta. Se calculan los valores máximos para el dimensionamiento de los sistemas.
    • Run Simulation for sizing periods: La simulación se realiza para unos días de diseño definidos en otro objeto "Sizing Period: Design Day", "Sizing Period: WeatherFileDays" o "Sizing Period: WeatherFileConditionType".
    • Run Simulation for weather file run periods: La simulación se realiza para un periodo de tiempo definido en el objeto "Run Period".

En la figura 2 se observa que se ha seleccionado el objeto "Run Simulation for weather file run periods" para poder definir el periodo inicial y final de la simulación.

Figura 2. SimulationControl

  • Building: Este objeto permite introducir los parámetros generales del edificio, como el nombre, la rotación o la distribución solar. Entre los objetos necesarios se destacan, principalmente tres:
    • Rotation: Se define la rotación del eje norte del edificio respecto al norte verdadero. El parámetro se usa cuando se define un sistema de coordenadas relativo.  El sentido positivo es el que sigue las agujas del reloj (ver figura 3).

Figura 3. Rotación del edificio.

    • Terrain: Se elige el tipo de terreno en el que se encuentra el edificio: campo, océano, ciudad, urbano..., y afecta en cómo el viento azota el edificio (en función de la altura del edificio).
    • SolarDistribution: Se determina cómo el programa trata la radiación solar directa y la reflejada desde las superficies exteriores que penetran en la zona. Se pueden elegir 5 opciones diferentes:
      • MinimalShadowing: No existen sobras exteriores a excepción de ventanas y puertas. Toda la radiación solar directa que penetra en la zona se asume que incide directamente en el suelo, donde es absorbida en función de la absortancia solar del suelo.
      • FullExterior, FullExteriorWithReflections: En este caso, los patrones de sombra en las superficies exteriores son causados por elementos de sombreamiento.
      • FullInteriorAndExterior, FullInteriorAndExteriorWithReflections: Es el mismo que el anterior pero se calcula la cantidad de radiación solar directa que incide en cada superficie de la zona (en lugar de que toda incida sobre el suelo).

En la figura 4, se representa el cuadro de información del objeto Building y las opciones elegidas.

Figura 4. Building.

  •  Timestep: Se define el número de pasos de tiempo de la simulación por cada hora. Es el valor que se utiliza en el balance de calor en la zona para el cálculo de cargas. EnergyPlus sugiere por defecto un valor de 6, aunque puede estar comprendido entre 1 y 60. Para valores más altos de este parámetro se aumenta la exactitud de los cálculos pero aumenta el coste computacional. En nuestro caso se ha elegido un valor de 6.

2. Localización y clima.

Son parámetros relativos a la situación del edificio y a las condiciones climáticas requeridas en la simulación. Los objetos definidos son los siguientes:

  • Site: Location: Se localiza la ciudad en la que se encuentra el edificio mediante la latitud, longitud, huso horario y elevación con respecto al nivel del mar. En la figura 5 se representa el cuadro de información del objeto Site:Location y las opciones elegidas.

Figura 5. Location.

  • SizingPeriod:DesignDay: El objeto "día de diseño" describe los parámetros necesarios para definir un típico día de invierno o verano que se utiliza para el cálculo de las cargas térmicas del edificio o el dimensionamiento de los equipos de climatización. Usando esta información EnergyPlus crea un día climático específico (radiación solar, viento, temperatura del aire, etc.). Los objetos más importantes a rellenar son los siguientes:
    • DesignDayName: El nombre que el usuario quiera dar al día de diseño.
    • Day of Month: Indica el día del mes, que junto con la información del campo Location, permite determinar la posición solar a lo largo del día.
    • Month: Indica el mes del año.
    • Day Type: Se especifica el tipo de día para el día de diseño. Los dos posibles días tipo son: SummerDesignDay (para refrigeración) y CoolingDesignDay (para calefacción).
    • Maximum Dry-Bulb Temperature: Se indica la máxima temperatura seca del aire, en el día, en grados Celsius.
    • Daily Dry-Bulb Temperature Range: Se indica la diferencia de temperaturas entre la mínima y la máxima. EnergyPlus, por defecto, distribuye este rango en las 24 horas del día. En la figura 6 se muestran los multiplicadores utilizados a lo largo del día:

      • Figura 6. Rango de multiplicador diario por defecto utilizado para el campo DesignDays.

      • EnergyPlus crea una temperatura del aire para cada paso de tiempo a partir del valor de temperatura de bulbo seco máxima (Tmax) definida anteriormente en combinación con el rango diario introducido en este campo (Trange) y los multiplicadores (Mult) de la figura 6. La temperatura para la hora actual (Tn) se obtiene a partir de la siguiente ecuación:


    • HumidityConditionType: Los valores o perfiles indicados aquí crean los valores del contenido de humedad del aire en el perfil diario del día de diseño.
    • Humidity Indicating Conditions at Max Dry-Bulb: Indica la humedad del aire contenida cuando la temperatura seca es máxima. Este valor, junto con la temperatura máxima y la presión barométrica se usa para obtener el contenido de humedad del aire, y a partir de éste, la humedad relativa, la temperatura de bulbo húmedo y de rocío en cada paso de tiempo.
    • Barometric Pressure: Indica la presión barométrica que es constante a lo largo del día.
    • Wind Speed: Indica la velocidad del aire en m/s, que es constante a lo largo del día.
    • Wind Direction: Indica la dirección del viento en grados. Se asume que si el aire viene del norte, este valor es cero, y si viene del este vale 90.
    • Rain Indicator: Si se elige "Yes" indica si el día es lluvioso ("No" en caso contrario) y por lo tanto, las superficies del edificio están mojadas. Esta condición puede afectar a la conducción de calor a través de las superficies.
    • Snow Indicator: Si se elige "Yes" indica si existe nieve en el suelo ("No" en caso contrario) y por lo tanto, las propiedades de reflexión del suelo se verán afectadas.
    • Sky Clearness: Indica la claridad del día. Esta información, junto con la posición solar, ayuda a determinar los valores de la radiación solar a lo largo del día.

      EnergyPlus proporciona una fuente de datos de días diseño de todos los lugares del mundo. En la propia carpeta donde se ha instalado el programa: C:\EnergyPlusV8-2-0\MacroDataSets hay una hoja excel llamada: Locations-DesignDays.xls en la que se pueden obtener los campos relativos a tu localidad. En nuestro caso, para buscar los datos a Málaga, se accede a la pestaña inferior del excel la que pone WMO6 Europe. En esta pestaña vienen los códigos de las ciudades europeas y un enlace web que al pulsarlo permite abrir un documento llamado Europe_EnergyPlus_DesignDays.zip que contiene un archivo llamado Region_6_Europe.imf. Este archivo se abre con un lector de texto y se pueden consultar los días de diseño relativos a Málaga. En la figura 7 se muestra el cuadro de información del objeto DesignDays, en el que se han definido dos días de diseño, uno para verano y otro para invierno:

Figura 7. DesignDays.

  • RunPeriod: Es el objeto que tiene la información relativa a la simulación: inicio y fin de la simulación, si se simulan días de diseño, etc. Supongamos que se va a realizar una simulación para todo el año. Se debe indicar que el día de inicio es el 1 de enero y el día final es el 31 de diciembre y el día de la semana que empieza la simulación. Existen dos campos importantes que se destacan a continuación:
    • Use Weather File and Special Days: Los ficheros climáticos contienen días de diseño de vacaciones o días especiales que se pueden considerar en la simulación. Para ello se selecciona "yes" y se define un perfil en el campo "Schedules", que se verá en este artículo más adelante.
    • Use Weather File Daylight Saving Period: Se consideran los días con ahorro de luz diurna definidos en el fichero climático. Para ello se selecciona "yes" en el campo de objeto.

         En la figura 8 se muestra la información relativa al campo RunPeriod:

Figura 8. RunPeriod.

3. Materiales de construcción.

La definición de los materiales de construcción y los tipos de elementos constructivos están dentro del grupo Surface Construction Elements que define las propiedades y configuración de la envolvente del edificio y sus elementos interiores: paredes, tejado, suelo, ventanas y puertas. Los objetos que se van a definir son los siguientes:

  • Material: Permite definir capacas de un material de construcción y su inercia. Los parámetros requeridos para la definición son los siguientes: rugosidad, espesor (m), conductividad térmica (W/mK), calor específico (J/kgK), absortancia térmica, absortancia solar y absortancia visible. Para obtener los elementos constructivos de un edificio y sus propiedades se pueden consultar diferentes fuentes, como el catálogo de elementos constructivos del instituto de Ciencias de la Construcción Eduado Torroja:

http://www.codigotecnico.org/web/recursos/aplicaciones/contenido/texto_0012.html

En la figura 9 se muestran algunos de los materiales de construcción definidos en el ejemplo:

Figura 9. Material.

  • Material:AirGap: Define la cámara de aire del muro y sólo es necesario indicar su resistencia térmica (m2K/W).
  • WindowMaterial:SimpleGlazingSystem: Se describe una ventana en su totalidad, en lugar de definir las capas individuales que conforman la ventana. Se suele usar cuando se tiene una información limitada de las capas de vidrio. Los parámetros requeridos son: el factor U (coeficiente de transferencia de calor, en W/m2K, e incluye los coeficientes de película a ambos lados del vidrio), el coeficiente de ganancia de calor solar (SHGC) y la transmitancia visible. En la figura 10 se muestran los parámetros definidos en este objeto en el ejemplo:

Figura 10. WindowMaterial:SimpleGlazingSystem

  •  Construction: Se definen las capas de las que está compuesto un cerramiento. Las capas son definidas desde la capa externa hacia la capa interna. Los cerramientos se definen mediante un nombre, como por ejemplo: Pared Exterior, Suelo interior, Partición Interior, etc. y éstos nombres aparecen por defecto y serán asignados en el OpenStudio a las superficies correspondientes del edificio. En la figura 11 se muestran algunas de las 12 particiones que se han definido en el ejemplo:

Figura 11. Construction.


Puedes resolver tus dudas acudiendo al FORO.

Estamos encantados de que uses y reproduzcas este artículo, indicando y enlazando la fuente por favor. El uso comercial no está permitido. 

Scroll to top