El presente artículo explica la creación de un edificio concreto en GoogleSketch-up+OpenStudio. Para ello se va a partir del archivo idf creado en el artículo anterior: EnergyPlus 5. Creación de plantilla para OpenStudio. Parámetros en el IDF Editor. En este archivo se introdujo una serie de información que será necesaria conforme se vaya creando el edificio.

Para introducir el edificio se van a seguir una serie de pasos, como son: la zonificación del edificio, definición y caracterización de las superficies, ya sean opacas o semistransparentes, determinar las condiciones de contorno de cada una de ellas, definición de los grupos de sombra y las condiciones de operación.

PASOS INICIALES EN GOOGLESKETCHUP+OPENSTUDIO.

Una vez abierto el GoogleSketchup se verifica que la barra de herramientas con los iconos correspondientes al OpenStudio es visible. En caso contrario hay que seleccionar en la barra de menús el apartado "Ver->Barra de herramientas->OpenStudio". Si no aparece esta opción es que ha habido un problema en la instalación de OpenStudio y debemos volver a instalarlo.

En primer lugar se abre el archivo .idf creado en el artículo anterior. Antes de crear nada, se realiza una comprobación de que la información del archivo idf abierto es visible en OpenStudio. Por ejemplo, si se accede en la barra de Menús a Ventana->Información del modelo->Geolocalización, y se pulsa sobre la opción de "Definir localización manual", se abre una ventana en la que aparecen los datos relativos a la localización del edificio (ver figura 2).

Figura 2. Geolocalización del edificio.

Aunque OpenStudio permitía localizar el edificio directamente, se observa que no permite definir datos importantes como la zona horaria o la elevación, de ahí que se introdujera el campo Site:Location del IDF Editor, y se carguen los datos de geolocalización del edificio en el fichero plantilla de información básica del edificio.

Sin embargo, el objeto Building, creado en el IDF Editor, sí se puede denifir directamente en OpenStudio. Si se pulsa en el icono que tiene el símbolo de EnergyPlus, llamado Cuadro de información, en la barra del menú de OpenStudio, sin haber dibujado aún nada, aparece la información relativa al edificio (figura 3), que es la misma que se definió en el campo Building del IDF Editor. Por lo tanto, existe la posibilidad de poder modificar esta información directamente desde OpenStudio.

Figura 3. Información relativa al edificio.

ZONIFICACIÓN DEL EDIFICIO

Para poder definir el edificio en EnergyPlus es necesario zonificar térmicamente el edificio. Se define el concepto de zona térmica desde dos perspectivas diferentes. Desde el punto de vista del sistema, una zona térmica se define como el espacio que tiene el mismo control de temperatura. Desde el punto de vista del edificio se define zona térmica al espacio que tiene las mismas características térmicas, tales como la orientación y el perfil de uso. En este ejemplo se va a realizar una zonificación exhaustiva y justificada desde el punto de vista teórico que requiere más esfuerzo y tiempo para el usuario. Sin embargo, en la práctica, se pueden realizar simplificaciones en la zonificación que ahorran tiempo al encargado de la simulación, aunque es fundamental un posterior análisis de los resultados para comprobar que el error cometido en el cálculo de la demanda no es muy importante. En la figura 4, parte izquierda, se muestra el plano general de la vivienda y las diferentes dependencias de las que está compuesta: un sótano, una planta baja con 3 habitaciones, una planta alta con 6 habitaciones y la cubierta. En la figura 4, parte derecha, se muestra la zonificación realizada.

Figura 4. Zonificación del edificio.

La zona 1 corresponde al sótano, ya que es una sóla dependencia con el mismo perfil de uso. En la planta baja se han definido tres zonas, correspondientes a las tres dependencias PB1, PB2 y PB3. El motivo es que estas habitaciones tienen perfiles de uso diferentes, ya que corresponderán a la cocina, salón y entrada o pasillo, además de que su comportamiento térmico va a ser muy diferente por su orientación: la PB1 tiene orientación norte, la PB3 orientación sur y en la PB2 todas sus paredes dan a zonas acondicionadas, de ahí la necesidad de definir tres zonas diferentes. De forma similar, en la planta alta, se definen otras tres zonas, pero cada una de ellas está formada por dos habitaciones. La zona 5 incluye PA1 y PA2, la zona 6, PA3 y PA4 y la zona 7, PA5 y PA6. En teoría son todas habitaciones que más o menos tienen el mismo perfil de uso, pero de igual manera que en la zona primera, el distinto comportamiento térmico por la orientación ha hecho que se decida definir tres zonas diferentes. Finalmente, existe una zona 8 que corresponde a la cubierta.

CREACIÓN DE UNA ZONA TÉRMICA EN OPENSTUDIO.

El edificio se construye mediante la definición de las diferentes zonas térmicas definidas. Se van creando las zonas y construyendo la parte del edificio que corresponden a esas zonas. En primer lugar se va a crear la zona Z1, para ello se pulsa el icono correspondiente en la barra de menú del OpenStudio. Al pulsar aparece en la flecha del ratón una pequeña cruz azul y un cartel que dice "New Zone". Nos vamos al origen del eje de coordenadas y pulsamos, creándose la zona 1 (figura 5.1). Aparecerá un cuadrado azul oscuro que indica que la zona creada está seleccionada, pero en este estado no se puede construir nada dentro de ella (Figura 5.2). Para poder constuir hay que volver a pinchar de nuevo y las aristas azules del cubo se convierten en líneas discontinuas, lo que indica que lo que se construya en su interior estará dentro de la zona (figura 5.3). La forma más sencilla de seleccionar y consultar las zonas creadas es pulsando el icono del menú del OpenStudio correspondiente, llamado Show Outliner Window, que muestra un cuadro con las zonas (figura 5.4).

 Figura 5. Creación de la zona 1.

Al crear la zona, de forma automática OpenStudio da un nombre aleatorio a la zona. Para renombrar el nombre de la zona a Zona 1 es necesario primero seleccionarla y, posteriormente, pinchar en el icono Cuadro de información para poder editar su nombre y consultar la información relativa a la zona.

CONSTRUIR DENTRO DE UNA ZONA TÉRMICA.

Inicialmente, hay que comprobar que se ha seleccionado la zona y que el cubo creado tiene las líneas discontinuas. Sólo en esta situación las superficies creadas se traducen en objetos de EnergyPlus y forman parte de la zona térmica.

En primer lugar se crea la base del edificio, que corresponde al suelo del sótano. Para ello se utiliza la herramienta de dibujo rectángulo, se pincha en el origen del eje de coordenadas y se crea un rectángulo de 5.45x10.55 m delimitados por los ejes verde y rojo (orientación norte y este, respectivamente), tal y como se muestra en la figura 6.1. El rectángulo se puede dibujar con el ratón hasta encontrar las medidas necesarias que aparecen en la parte inferior derecha de la pantalla, o, una vez pinchado en el origen de coordenadas, se puede teclear las dimensiones del rectángulo separadas por coma y es dibujado directamente.

Una vez dibujado el suelo, se utiliza la herramienta de empujar para crear las paredes y el techo. Se pincha en el icono de "Empujar/tirar" y se teclea directamente la altura de esa habitación, en este caso de 2.40 m (ver figura 6.2). Como se observa en la figura se han creado las cuatro paredes y el techo de esa zona. Se recomienda comprobar siempre que el cubo de la zona sigue en líneas discontinuas, lo que asegura que se han creado los objetos en EnergyPlus. Además, se puede seleccionar la herramienta de "Información de objeto" del menú de OpenStudio para verificar la información de cada muro.

Figura 6. Construcción de una zona.

DEFINICIÓN DE LOS CERRAMIENTOS Y CONDICIONES DE CONTORNO.

Antes de construir el resto de las zonas del edificio, se recomienda que al finalizar la definición de una zona, se asigne a cada uno de los muros, suelo y techo  el tipo de elemento constructivo correspondiente y las condiciones de contorno. Si se selecciona uno de los muros ya creados y se pincha sobre el icono de "Object info", aparece un cuadro de información que hay que rellenar para definir el cerramiento. Por ejemplo, se selecciona la pared este de la zona 1 (ver figura 7).

Figura 7. Cuadro de información de la superficie este de la zona 1.

En primer lugar se ha nombrado la superficie como Z1-Este. Se recomienda que el nombre de la superficie sea lógica para poder reconocerla, como puede ser incluir el nombre de la zona a la que pertenece, la orientación, el tipo de muro, etc.

Es necesario definir el tipo de superficie. Las opciones son:

  • Wall: Es una pared exterior, el muro de la fachada, ya sea interior o exterior.
  • Roof: Es la cubierta del edificio.
  • Ceiling: Es el techo de una habitación que no dé a la zona exterior.
  • Floor: Es el suelo de una habitación.

Para el campo Construction, en el menú de OpenStudio, se selecciona el icono "Default Construction" para definir el tipo de construcción para cada tipo de elemento constructivo. Por ejemplo, en la figura 8 se observan las diferentes construcciones por defecto ya asignadas. Los tipos de construcciones fueron definidos en el IDF Editor y si se pincha sobre el desplegable, aparecen todas las construcciones diferentes para seleccionar la adecuada.

Figura 8. Construcciones por defecto.

El campo siguiente se denomina "Zone" e indica la zona a la que pertenece la superficie. Este valor aparece por defecto y no se puede modificar.

El campo "Outside Boundary Conditions" es el encargado de definir las condiciones de contorno de la superficie. El objetivo es representar de la forma más exacta posible la relación que tienen los cerramientos que delimitan el edificio con su entorno. Las más comunes son las siguientes:

  • Surface: Se impone como condición de contorno exterior la temperatura interior de otra superficie.
  • Zone: Se impone como condición de contorno exterior la temperatura de la zona a la que colinda. Se utiliza para establecer conexiones entre dos zonas.
  • Adiabatic: Se impone que la transferencia de calor entre la superficie y la que colinda es nula, es decir, la temperatura superficie exterior es idéntica a la interior. Sin embargo, sí se considera que el cerramiento almacena calor, se tiene en cuenta la inercia térmica del cerramiento.
  • Outdoors: La superficie limita con el exterior.
  • Ground: La superficie es el suelo y se aplica el perfil de temperaturas de suelo.

En este caso se elige la condición de contorno Adiabatic, ya que tanto las paredes este y oeste del sótano están enterradas y se considera que no existe transferencia de calor.

Finalmente, en las paredes exteriores se puede indicar si es una superfiice que está expuesta al sol y al viento, lo que provoca que EnergyPlus haga los cálculos necesarios.

AÑADIR NUEVAS ZONAS TÉRMICAS.

Una vez construida la primera zona se van a ir añadiendo el resto según la zonificación planteada anteriormente. En la planta baja se definen las zonas Z2, Z3 y Z4. A continuación lo que se va a definir la zona 4 teniendo la zona 1 ya creada y el resto de zonas se supone que se realiza de igual manera.

Inicialmente se procede de igual manera que en la creación de la Zona 1. Se pulsa el icono de "New Zone" y con el ratón nos vamos al vértice superior del cubo que está en el eje zul de coordenadas y pulsamos, creándose un cubo de aristas azules sobre la zona 1. Para poder crear la nueva zona, hay que volver a seleccionar la zona 4 y que el cubo aparezca en línea discontinua. Se selecciona la herramienta rectángulo y se crea la base cuyas dimensiones son 5.45x2.80 m. A continuación, con la herramienta empujar/tirar, se crean las paredes y techo, con una altura de 2.55 m (ver figura 7).

Figura 9. Creación de la zona 4. 

Una a una se van creando las diferentes zonas del edificio. Se recomienda que cada vez que se cree una zona se vayan nombrando en función de la nomenclatura establecida (ver figura 10).

Figura 10. Construcción de las diferentes zonas del edificio.

CONSTRUCCIÓN DE LAS VENTANAS.

Se van a añadir las ventanas correspondientes al edificio. En primer lugar se construye la ventana correspondiente a la primera planta, fachada sur, cuyas dimensiones son: 1.33x0.95 m y que está situada a una distancia de 1 m sobre el suelo y 0.79 m del eje vertical azul (parte oeste). Para ello se selecciona la zona a la que corresponde, en este caso la zona 4, y comprobando que el cubo está en línea discontinua, se selecciona la herramienta de GoogleSketchup "Medir" para poder situar la ventana en el lugar exacto de la fachada. Desde el vértice inferior izquierdo de la fachada se mide 1 m hacia arriba y 0.79 m hacia la derecha, lo que nos da un punto que corresponde al vértice inferior izquierdo de la ventana. A continuación, se selecciona el icono "Cuadrado" y se dibuja un rectángulo de las dimensiones de la ventana (ver figura 11).

Figura 11. Creación de una ventana en la primera planta, fachada sur.

En la figura se observa que la superficie de la ventana tiene un color azul claro, lo que indica que EnergyPlus ha reconocido el rectángulo dibujado como superficie acristalada en un muro exterior. Para comprobar las propiedades de la ventana se selecciona y se pulsa en el icono "Información de objeto" y aparece el cuadro de información de la ventana (ver figura 12).

Figura 12. Cuadro de información de la ventana.

En primer lugar se ha definido el nombre de la ventana, para que no se confunda con el resto de ventanas del edificio. Se ha nombrado como "Ventana_P1Sur", ya que corresponde a la fachada sur de la primera planta.

En el campo Type hay que seleccionar en el desplegable el tipo de ventana. En este caso se ha seleccionado Window. Las opciones son:

  • Window: Es una ventana.
  • Door: Es una puerta opaca.
  • Glass Door: Es una puerta de cristal y se trata como si fuera una ventana.

El siguiente campo Construction es el que nos ofrece la posibilidad de elegir entre las diferentes construcciones que se han definido previamente en el IDF Editor de la plantilla. Se elige la opción "vidrio modelo" que es la construcción correspondiente a la ventana.

El campo Base Surface indica la superficie en la que está situada la ventana, y aparece por defecto, no se puede modificar.

El campo View Factor to Ground es el factor de forma con respecto al suelo. Si se deja en blanco EnergyPlus lo calcula automáticamente.

El campo Shading Device indica si tiene un dispositivo de sombreamiento asociado. En este caso se observa que no se ha añadido ningún dispositivo de sombra.

El campo Frame and Divider ofrece la posibilidad de añadir a la ventana el marco de la ventana. En el desplegable se ha elegido "Marco Ventana", que especifica las propiedades del marco definido en el IDF Editor.

Por experiencia previa, se recomienda que a la hora de dibujar una ventana sobre una superficie, cualquiera de los bordes no queden en contacto con las aristas de la superficie, sino que se establezca un espacio mínimo para que EnergyPlus identifique el objeto como una ventana y no haya problemas, que suele haber sino se deja esa espacio. Otra recomendación importante es cuando se quiere borrar una ventana. La manera correcta de eliminar una ventana es que se seleccione la ventana al completo, la superficie interior y las cuatro aristas para poder eliminarla. Si sólamente queda seleccionado el interior, al borrarla se va a quedar un hueco en el muro.

De igual manera que la ventana, en la misma superficie, se construye la puerta de la fachada sur. El procedimiento es similar a la construcción de la ventana pero el rectángulo es de mayor dimensiones y se apoya sobre el suelo. OpenStudio detecta automáticamente que se está definiendo una puerta, de manera que al terminar de dibujarla el color que adquiere es marrón, tal y como se observa en la figura 13.

Figura 13. Definición de la puerta principal. Cuadro de información de la puerta.

En la figura 13 también aparece el cuadro de información de la puerta, una vez que se ha seleccionado. Se ha cambiado el nombre a "Puerta FachadaSur" y el se observa que el tipo de objeto (Type) automáticamente aparece como "Door" (puerta). Si en vez de una puerta opaca fuera una puerta de cristal, en el desplegable se puede elegir la opción "Glass Door" y el color del hueco cambiaría a azul claro. Es necesario elegir el tipo de construcción como Puerta opaca, definido previamente en la plantilla del IDF Editor.

Una vez definida la primera ventana y la primera puerta, el resto de huecos del edificio se hace de manera análoga. En la figura 14 se muestra un imagen del edificio con las ventanas y puertas ya construidas.

Figura 14. Vistas de la fachada sur y norte del edificio.

ELEMENTOS DE SOMBRAS.

Los llamados elementos de sombras como toldos, aleros, voladizos, etc. son típicas soluciones para la reducción de la radiación solar incidente sobre la fachada. Para que EnergyPlus identifique un objeto dibujado como elemento de sombreamiento, es necesario la creación de un "Shading Group". El procedimiento de la creación de un voladizo se va a describir a continuación. En primer lugar se pincha en el icono de Shading Group del menú de OpenStudio y se pincha dos veces en una zona cercana al edificio (sin seleccionar ningún elemento del mismo), creándose un cubo con líneas discontinuas que indica que los objetos que se dibujen serán superficies de sombreamiento y formarán parte de ese grupo de sombras creado. El voladizo se dibuja con la herramienta Rectángulo. En la figura 15 se observa la creación del voladizo y cómo aparece el grupo de sombra en la lista de las zonas térmicas al pinchar en el icono Show Outliner Window:

Figura 15. Creación del voladizo de la fachada sur de la primera planta.

En la figura se observa que el voladizo, una vez creado, debe aparecer en color morado, lo que significa que EnergyPlus considera ese objeto como un elemento de sombra. Para construir el resto de voladizos del edificio se procede de forma análoga, creando para cada elemento un nuevo shading group. En la figura 16 se muestra el edificio con el resto de elementos de sombreamiento creados.

 Figura 16. Elementos de sombreamiento del edificio.


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