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Simular consiste en crear un modelo de un sistema real, y someterlo a una serie de condiciones para comprender el funcionamiento del sistema original. De este modo, se pueden tomar las estrategias necesarias durante el diseño para asegurar que el sistema real opere lo más cerca posible de las condiciones esperadas.

Mediante la simulación térmica de edificios se realiza un modelo por ordenador de los procesos térmicos que tienen lugar en los edificios, para facilitar un diseño que provea un entorno térmicamente confortable para los ocupantes o productos. Programas que sirven para realizar simulaciones térmicas son EnergyPlus, ESP-r, TRNSYS, DesignBuilder, Energy10, etc.

La simulación térmica realiza cálculos de cargas para estudiar las mejores medidas pasivas, o dimensionar equipos como los ventiladores, enfriadoras, calderas, bombas, etc. Al mismo tiempo, los análisis energéticos ayudan a evaluar el coste de la energía asociado al uso del edificio para largos periodos de tiempo.

Todo esto está muy bien, pero; ¿por qué es importante la simulación térmica de edificios?

Los edificios consumen aproximadamente el 40 % de la energía en Europa, utilizándose la mayor parte de ésta para mantener las condiciones térmicas y la iluminación. La simulación juega un papel fundamental si se quiere reducir el consumo energético, ya que es posible estudiar el comportamiento térmico y el consumo energético previamente a la construcción del edificio o a su remodelación, y permite analizar e investigar distintas alternativas de diseño y uso del edificio, comparando soluciones y optando por aquellas de menor consumo. La única forma de tener edificios optimizados desde el punto de vista energético es simulándolos, y es mucho más económico y efectivo que experimentar directamente con distintos edificios modelos (cada uno es diferente y tiene un comportamiento térmico distinto).

Si se pretende cumplir las directrices de las directivas comunitarias sobre reducción del consumo energético en edificios, y la normativa española sobre la realización de proyectos térmicos (fundamentalmente mencionadas en el RITE), es imprescindible acompañar los proyectos del correspondiente análisis energético, abordado desde la perspectiva de una simulación térmica.

 

¿Qué es Energy Plus? 

 

Energy Plus es un paquete que integra una colección de muchos programas que trabajan juntos para calcular la energía requerida para calefacción, refrigeración, y ventilación en un edificio, teniendo en cuenta una variedad de sistemas y fuentes de energía, y exponiendo al edificio a distintas condiciones medioambientales y de operación. El núcleo de la simulación es un modelo del edificio que está basado en los principios del balance de masa y energía. Se trata de una solución compacta, con un sólo motor de cálculo, gestionando información de diferencies programas - módulos. Está basado en BLAST y DOE-2, añadiendo nuevas funcionalidades, y dispone de versiones en Windows y Linux.

Se trata de un programa de cálculo en régimen transitorio. La conducción a través de las superficies se calcula mediante funciones de transferencias de calor, y se tienen en cuenta la acumulación de calor y la inercia térmica. También tiene en cuenta la interacción entre zonas, considerando el flujo másico, térmico, humedad, etc. El paso para la simulación puede ser ajustado, y el programa resuelve el comportamiento térmico del edificio y los sistemas, pudiendo dimensionarlos si así se desea.

Energy Plus destaca por su versatilidad, incorporando cientos de sistemas y componentes, y permitiendo la definición de los mismos con el máximo detalle o de manera aproximada (mediante el uso de plantillas). No hay limitaciones en cuento al número de superficies, zonas o sistemas. La simulación integrada de cargas, sistemas y plantas resulta en un modelado más realista, donde hay un mejor acoplamiento entre la definición del edificio y los resultados de las partes de agua y aire, lo que lleva a no depender de interacciones con otros programas que añadan imprecisión a los resultados.

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Fuente: archivo ImputOutputReference de la documentación de ayuda de Energy Plus

Los ficheros de datos tienen un formato simple, pensado para que puedan ser interpretados y utilizados de manera sencilla por usuarios o software de terceros. Las unidades se expresan en el SI, se usa separación de campos por comas, y la definición del objeto acaba en un punto y coma. Aunque los archivos son fáciles de leer, en la mayoría de los casos no se trabaja directamente con ellos, sino que suelen utilizarse interfaces de terceros. El extracto a continuación muestra un ejemplo de un objeto de Energy Plus, donde se puede observar la definición del mismo y un breve comentario:

 

!- =========== ALL OBJECTS IN CLASS: SITE:LOCATION ===========

Site: Location,

MALAGA_CIV_ESP_WMO_084820,                               !- Name

36.67,                                                                               !- Latitude {deg}

-4.48,                                                                                !- Longitude {deg}

1.0,                                                                                   !- Time Zone {hr}

7;                                                                                      !- Elevation {m}

El programa se organiza en dos partes: los diccionarios y datos, y los resultados de la simulación. Básicamente lo que hace Energy Plus es describir los objetos en el fichero IDD (si un objeto no está en este fichero no existe), detallándolo y especificando el rango de unidades (en determinados casos se puede acceder a este fichero para modificar el rango de unidades). En otro fichero, de extensión IDF, el usuario introducirá los datos de su sistema y edificio. Con esta información, diccionarios y datos, el programa realiza la simulación y arroja unos resultados.

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Fuente: University Course Teaching Material (NREL)

Para la simulación se tiene que partir del fichero climático que defina las condiciones del emplazamiento, conteniendo información como la temperatura, radiación solar, viento, humedad, etc. Los datos de salida tras la simulación siguen la misma filosofía que la entrada; información legible, que puede ser configurada, limitando la cantidad de datos o definiendo las variables a mostrar, especificando si se desean datos horarios, diarios, mensuales, en intervalos de tiempo, etc.

Por último señalar que es necesario el criterio científico y técnico para comprobar que los resultados en el fichero de salida son razonables, comparando con simulaciones similares o realizando algunas comprobaciones manuales.


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