el rol del simulador tÉrmica en la etapa proyectual...

Dra. Arq. M. Victoria Mercado

Investigadora Asistente de CONICET

FORTALEZAS Y DEBILIDADES DE LA SIMULACIÓN

EL ROL DEL SIMULADOR

TÉRMICA EN LA ETAPA PROYECTUAL DE LOS EDIFICIOS BIOCLIMÁTICOS Y EN EL PERÍODO POST-OCUPACIÓN

IBPSA-Argentina

Dra. Arq. Celina Filippín

Investigadora Principal de CONICET

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1

La simulación por software se ha convertido en

la disciplina de diseño, ejecución y análisis de

un modelo físico real o teórico, utilizada para el

ámbito científico y privado

SIMEDIF

ENERGY PLUS


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Es posible obtener datos estimativos sobre el comportamiento

(energético, térmico, lumínico) transitorio de un edificio en base

a los datos climáticos, materiales, geometría, equipamiento de

climatización, entre otros.

Permite ensayar y definir las condiciones de uso del edificio, nivel

de ocupación, horarios de uso de iluminación, equipos de

calefacción, equipos de enfriamiento, setear termostatos, etc.

Conocer si con el proyecto propuesto y las condiciones

establecidas se alcanzarían las condiciones de confort

ambiental durante el proceso de diseño.

Predicción

QU

E s

e p

ued

e H

AC

ER

co

n e

sto

s p

rog

ram

as

QUE se puede HACER con estos programas


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Se pueden utilizar dos metodologías:

Utilizando la metodología de simular, confrontar y ajustar es

posible:

- realizar optimizaciones térmicas, lumínicas y energéticas en los

edificios,

- realizar cálculos económicos en relación a la situación energética,

- calcular sistemas solares acoplados al edificio (paneles

fotovoltaicos, colectores solares de agua, colectores

transpirados, techo verde, intercambiadores tierra-aire, etc.).

- Analizar el sistema en estudio en diferentes situaciones

climáticas, y estudiar las variaciones de diseño.

Auditorias en Edificios

QU

E s

e p

ued

e H

AC

ER

co

n e

sto

s p

rog

ram

as

QUE se puede HACER con estos programas


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SIMULADOR

MANAGER

entrada

salida


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DATOS GEOMÉTRICOS:

- cómo ingreso el edificio al programa: ¿por espacios? - ¿por

zonas térmicas? – por zonas con iguales condiciones de

transferencia de calor?

- forma

- cantidad de elementos y cantidades métricas de ellos

- ¿entorno gráfico?

DATOS DE LOCALIZACIÓN

- latitud, longitud

- clima (variables climáticas, modelos utilizados) El simedif utiliza

radiación solar sobre plano horizontal y el Energy plus uno de los

parámetros climáticos dentro de su archivo climático solicita la

radiación solar directa perpendicular al haz. Si en esto no se

tiene especial cuidado podremos sub-estimar las ganancias

solares en el E+ y sobre-estimarlas en el SIMEDIF.

DA

TO

S D

E E

NT

RA

DA


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CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS

MATERIALES:

- tipos de intercambio de calor y cómo los incorpora el

programa (por ejemplo, el simedif utiliza un coeficiente de

transferencia por convección que integra el coeficiente de

transferencia por radiación, en cambio el Energy Plus

incorpora los dos por separados y ofrece al simulador la

posibilidad de seleccionar entre diferentes modelos)

- conductancias de los elementos másicos

- resistenacias de elementos no másicos

- coeficientes de absortividad solar, absortancia térmica y

visible

- número de renovaciones de las zonas

- coeficientes convectivos

- densidad, calor específico

- transmitancia solar para superficies transparentes

DA

TO

S D

E E

NT

RA

DA


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DATOS DE USOS Y ACTIVIDADES

Horarios de uso de los espacios, sobre todo si son edificios

institucionales (escuelas, escuelas albergues, hospitales,

oficinas, viviendas) para:

- cantidad de personas y actividad de las mismas

- elementos de iluminación, horas de funcionamiento

- sistemas de climatización, calefacción, y refrigeración

- uso de termostatos

DA

TO

S D

E E

NT

RA

DA


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LOS MÁS RELEVANTES:

- temperaturas del aire

- temperaturas superficiales

- radiación solar incidente

- energía necesaria para alcanzar el rango de confort establecido

- en el caso de programas más desarrollados, es posible solicitar

como dato de salida los coeficientes de cálculo.

DA

TO

S D

E S

AL

IDA


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SIRASOL


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VIVIENDA - FONAVI


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15

17

19

21

23

25

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31

33

35

0:00

0:00

0:00

0:00

Te

mp

era

tura

[ºC

]

Tiempo [horas]

Temperaturas del aire int y ext - Vivienda Fonavi I-

Verano

Dorm 1 E-PLUS

VIVIENDA - FONAVI


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VIVIENDA - UNIFAMILIAR


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BODEGA LAS PERDICES


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La simulación como disciplina encarna el principio de:

"aprender haciendo”

Al diseñador, ingeniero, arquitecto o simulador.

No chequea las entradas, no verifica la

aceptabilidad de los rangos de varios parámetros

(excepto un número limitado de chequeos muy

básicos), no interpreta resultados obtenidos.

Ningún Software de simulación REEMPLAZA


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• Los arquitectos tienen un papel clave en el diseño de edificios de bajo

consumo de energía.

• Tanto los métodos de trabajo como la disponibilidad de herramientas

adecuadas de diseño podrían ayudar a los arquitectos en el proceso

de diseño.

UN ACERCAMIENTO

Fuente: J. Kanters, M. Horvat, M.Dubois , Energy and Buildings, 2014


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Los investigadores realizaron encuestas y entrevistas.

Los profesionales indicaron que es necesario un desarrollo de

herramientas de diseño solar en arquitectura que sean

amigables; herramientas visuales que sean sencillamente

operables y modelos de simulación con generación de resultados

fácilmente interpretables y compatibles con el flujo de trabajo del

arquitecto


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Las encuestas y las entrevistas indicaron una

fuerte conciencia sobre los aspectos solares

entre los encuestados

Sin embargo, esto se combina con un uso limitado y un

conocimiento también limitado de las tecnologías de

energía solar, lo que sugiere la necesidad de continuar en el

desarrollo de habilidades, capacidades y herramientas de

diseño entre los arquitectos para acelerar la aplicación de

estas tecnologías en los futuros edificios y el tejido urbano


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Qué es la arquitectura solar para Ud.?

Ud. piensa que es un aspecto importante del diseño sustentable?

Qué información básica y qué debería conocer un arquitecto antes

de empezar a realizar un diseño bioclimático?

Podría describir la primera fase en el diseño ?

Preguntas que los autores realizaron

Podría describir el resto del proceso de diseño?

Cuáles son las herramientas que usa?


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En la práctica de su actividad profesional,

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Importante Neutral No es

importante

No conoce del

tema

Porc

enta

je (%

)

El 74% responde que incluye el tema

Iluminación natural en sus proyectos

(colocación de ventanas).

El 57% incluye estrategias solares pasivas

de calentamiento

El 47% calentamiento solar de agua

El sistema fotovoltaico es menos común

¿cómo calificaría la importancia del uso

de la energía solar?


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0

50

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150

200

250

Intuitivo Integrador Participativo Orientado a lo

energético

Otros

Nú

mero

cómo describiría su proceso de diseño?


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cómo describiría sus habilidades actuales?

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Muy avanzados Avanzandos Razonable Pobre Muy pobre

Po

rce

nta

je (

%)


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respecto a las herramientas?

0 20 40 60 80 100 120 140

Son muy complejas

Son muy caras

No está integradas al DAC

Llevan mucho tiempo

No están integradas al flujo de trabajo

No soportan adecuadamente el concepto

de diseño

Son satisfactorias

Números


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¿Cómo adecuar las habilidades que actualmente tiene Ud. con las

herramientas de la energía solar en general?

Aprendizaje y Barreras

¿Cuáles son las barreras más importantes para explotar el

diseño solar por parte de los arquitectos?


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Conclusiones de los autores del trabajo:

• Resultados compatibles con el entorno de trabajo del arquitecto

• Desarrollo de software para el diseño solar

• Uso amigable

• Herramientas visuales

• Generación de resultados claros y significativos

• Satisfacción de los requerimientos informáticos propios de cada etapa de diseño


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¿Para qué sirve la simulación?

Para detectar durante el diseño del edificio las posibles causas de disconfort y poder

corregirlas.

Para estimar los consumos energéticos.

Para elegir entre distintas alternativas de diseño la más adecuada al clima.

Para estudiar el efecto de los ocupantes en el uso del edificio.

Acordando con Flores Larsen, Silvana (SEMINARIO INTERNACIONAL DE

ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA Y CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE Salta, 30 -31 de

Agosto y 1 de Setiembre de 2012)

Se agrega que la simulación permite generar resultados claros y significativos desde la prudencia de la

interpretación de los datos

DESDE LA EXPERIENCIA EN LA PROVINCIA DE LA PAMPA Y,

A PARTIR DE LA TRANSFERENCIA DE TECNOLOGÍA


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Qcalefacción = 51.43 MJ/d (1.4m3 de GN)

Q enfriamiento = -2708 W (a las 8h)

equipo de 2329 frig

Qgen

Qsolar

Qgen

Qcalefacción = 138.0 MJ/d (3.7m3 de GN)

A = 26m2; V=68m3; RH = 1

Temperatura interior = 18ºC en clima templado frio

Por ejemplo:


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1

Aumento renovaciones : 4

Qgen

Qsolar

Qgen

Qcalefacción = 138.0 MJ/d

(5.3m3 de GN)

Qcalefacción = 51.43 MJ/d (2.4m3 de GN);

Q enfriamiento = -2132 W (a las 8h)

equipo: 1833 frig


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Optimizar una propuesta de diseño desde los aspectos tecnológicos, energéticos y

económicos

Analizar el costo del ciclo de vida

Replicar un edificio monitoreado, simulado y calibrado en otra localización geográfica

Disminuir la icertidumbre del comportamiento térmico de proyectos demostrativos en

distintas localizaciones geográficas

Refuncionalizar energéticamente un edificio

Proponer distintas intervenciones y sus potencialidades

¿PARA QUÉ SIRVE TAMBIÉN?


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OPTIMIZAR UNA PROPUESTA DE DISEÑO DESDE LOS ASPECTOS

TECNOLÓGICOS, ENERGÉTICOS Y ECONÓMICOS

ANALIZAR PARTE DE SU CICLO DE VIDA


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0

200000

400000

600000

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1000000

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1975

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1985

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1989

1991

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1995

1997

1999

2001

2003

2005

2007

2009

Años

Co

nsu

mo

de e

nerg

ía (

MJ)

Vivienda tradicional Vivienda intervenida energéticamente

ENERGIA CONTENIDA

Punteado naranja: tradicional

Punteado verde: intervenida energéticamente

Energía incoporada, gris e inducida

Energía operativa

Acordar o no con otros autores


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Un relevamiento detallado para un diagnóstico pertinente

EVALUAR UNA REFUNCIONALIZACIÓN ARQUITECTÓNICA Y

ENERGÉTICA A TRAVÉS DE LA SIMULACIÓN


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Ampliacion y refuncionalizacion energetica del edificio de la Unidad de

Extensión y Desarrollo Territorial del INTA en General Pico (LP)


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Archivo como volante

térmico

Calentamiento natural remoto desde

una zona solarizada con ganancia

solar directa a la Sala de Reunión

Entrepiso aislado térmicamente

para evitar fugas de calor desde la

Sala de Reuniones hacia un sector más ventilado

Acceso al edificio

protegido


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Arq. León Marek y Celina Fiippín


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Estación Experimental del INTA Anguil


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Consumo mensual de energía en calefacción

para mantener el edificio con una temperatura

media de 22ºC

440 450 460 470 480 490 500 510

Convencional

Mejorado

energéticamente

Gas propano en m3

1000 litros de zeppelin = 269m3

Consumo mensual de energía en refrigeración

para mantener el edificio con una temperatura

media de 23ºC

0 500 1000 1500 2000 2500

Convencional

Mejorado

energéticamente

Energía eléctrica en kWh

Energía que consumiría el

edificio convencional y

mejorado con aislamiento

térmica en la cubierta.

Consumo mensual total de energía (calefacción-

refrigeración) para mantener el edificio entre 22 y

23ºC

42000 44000 46000 48000 50000 52000 54000 56000 58000

Convencional

Mejorado

energéticamente

Energía total en MJ


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MONITOREAR, SIMULAR, CALIBRAR, RELOCALIZAR A

PARTIR DE LA DIPSONIBILIDAD DE DATOS CONFIABLES


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Auditorio de la Facultad de Ciencias

Exactas en Santa Rosa, LP

Monitoreo y simulación térmica de invierno del auditorio


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Simulación térmica del auditorio de la

Facultad de Ciencias Exactas para

verano en General Pico, LP

V 5

M 4

V 1

P 2

M 6

V 3

M 2

V 1 C A

M 1

V 1 C A M 1M 1 V 1 C A M 1

S e

P eP e

S eM 4

M 4

M 2

M 2

M 4

M 1

M 5

M 4

M 1

1

1

1

M2

M2

M1

V1 M6 V4

V3

C2

V1

C1C1

V1

C1

V1

C1

C2

V1


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PROYECTAR, CONSTRUIR SEGÚN LAS REGLAS DEL ARTE Y DEL

BUEN CONSTRUIR.

SEGUIMIENTO DE OBRA.


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1 2

3

5

6

4

Control de las aislaciones en

la envolvente


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Aluminio sin ruptor de

puente térmico = 75%

Aluminio con ruptor de

puente térmico= 67%

PVC = 63%

Madera con vidrio simple

Area efectiva= 64%

Control del área de ganancia

directa por cambio del

material de la carpintería


Aislación térmica en muro exterior

Hay períodos largos entre el proyecto y la finalización de obra.

Puede haber cambio de empresa constructora. Suele haber

solicitud de alguna variación en pliego. Los responsables en la

etapa proyectual y de simulación deben estar alertas.

Proyecto arquitectónico: Arq. León Marek

Proyecto térmico e integración : Dra. Celina Filippín

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MONITOREAR, SIMULAR, CALIBRAR EN LA ETAPA POS OCUPACIÓN

Diario La Arena

Participación activa de los usuarios


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Consumo de energía en calefacción 0.009

m3/m2

(90 -95 % de ahorro)

ho

ra

Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes

8 10431

Consum

o d

iario

10433

Consum

o d

iario

10435

Consum

o d

iario

10439C

onsum

o d

iario

10444

Consum

o d

iario

14 10433 10435 10439 10444 10446

18 10433

2 m3

10435

2 m3

10439

4 m3

10444

5 m3

10446

2 m3

LOS ALUMNOS

RESPONDEN:

Escuela Bioclimática de Algarrobo del Aguila


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-10

-5

0

5

10

15

20

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30

35

23/ago 25/ago 27/ago 29/ago 31/ago 02/sep 04/sep 06/sep 08/sep

Tem

pera

tura

(ºC

)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Irra

dia

ció

n s

ola

r (W

/m2)

Oficina Exterior Aula Radiación solar

Temperatura ambiente exterior, irradiación solar sobre superficie horizontal y

temperatura de la oficina y de un aula para el periodo de estudio (valores horarios).


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Consumo real

Grados-día, base 18ºC Calor Auxiliar estimado

1998 1999

Real m3

Mes

Estimación

1998 1999

KWh m3 tubos m3 tubos tubos

Ene 0 3.6 5.7 0 0 0 1.1 0.05 1.65 0.07

Feb 0 23.6 3.3 0 0 0 2.8 0.12 2.00 0.08

Mar 31 39.7 31.3 26.8 1.10 0.05 2.6 0.11 2.90 0.12

Abr 97 97.5 137.9 82.9 3.40 0.14 9.4 0.39 10.76 0.45

May 199 164. 202.5 170.7 7.00 0.29 15.4 0.64 18.44 0.77

Jun 307 264. 324.6 265.5 10.90 0.45 65.6 2.70 58.00 2.42

Jul 323 252. 330.5 280.4 11.50 0.50 55.9 2.30 32.00 1.33

Ago 280 268. 247.7 243.8 10.00 0.40 63.3 2.60 32.00 1.33

Sep 184 212. 166.4 158.5 6.50 0.30 21.0 0.87 10.00 0.42

Oct 99 58.7 122.2 85.3 3.50 0.15 3.9 0.16 5.60 0.23

Nov 24 28.3 44.4 20.7 0.85 0.03 2.9 0.12 1.40 0.06

Dic 0 5.3 20.2 0 0 0 1.6 0.06 1.40 0.06

TOTAL 1544 1419 1637 1335 54.75 2.31 245.5 10.12 176.6 7.34

Prediccion del calor auxiliar mensual y consuno real de gas envasado

Pabellón de Ecología en la Facultad de Agronomía


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Muro Norte

10

15

20

25

30

35

23-Dic 24-Dic 25-Dic 26-Dic 27-Dic 28-Dic 29-Dic 30-Dic 31-Dic 1-Ene

ambiente exterior

superficie exteriorambiente interior

superficie interior

Temperatura ambiente exterior, temperatura superficial del interior y

exterior del muro norte y temperatura ambiente interior (Dormitorio

Central del Depto. 2).

Muro Sur

10

15

20

25

30

35


ambiente exterior

superficie exterior

superficie interior

Cubierta

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0


ambiente exterior

cubierta exterior

Residencias Universitarias Bioclimáticas en Santa Rosa


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MONITOREAR EN DISTINTOS PERÍODOS DE SU CICLO DE VIDA PARA

SIMULAR Y CALIBRAR CON CONFIABILIDAD POSIBLES RÉPLICAS DEL

EDIFICIO ADEMÁS DE INCIAR NUEVAS ETAPAS DE DIVULGACIÓN

0

0,5

1

1,5

2

2,5

9 a 11 11 a 14 14 a 16 16 a 18 18 a 20 20 a 22 22 a 24 24 a 10

Hora

Consu

mo d

e ga

s nat

ura

l (m

3)

Departamento 1

Departamento 2

Departamento 3

Departamento 4

Departamento 5

Departamento 6

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 2 4 6 8 10

Hora oficial

Tem

pera

tura

(ºC

)

0

50

100

150

200

250

300

Rad

iaci

ón s

olar

(W

/m2)

Departamento 4 Departamento 1Departamento 3 AmbienteDepartamento 6 Departamento 2Departamento 5 Radiación solar

Monitoreo 2001

FUTURO

FUTURO

VERDE

PUBLICO

HUERTA


www.ibpsa.com.ar

0

5

10

15

20

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30

35

04-08 06-08 08-08 10-08 12-08 14-08 16-08 18-08 20-08 22-08 24-08 26-08 28-08 30-08 01-09 03-09 05-09

Te

mp

era

tura

(°C

)

DTO 1 DTO 2 DTO 3 EXTERIOR

Comportamiento de los deptos de

PB con respecto al ambiente Fuente: Canori,

M. (2008)

0

5

10

15

20

25

30

35

04-08 06-08 08-08 10-08 12-08 14-08 16-08 18-08 20-08 22-08 24-08 26-08 28-08 30-08 01-09 03-09 05-09

Tem

pera

tura

(°C

)

DTO 4 DTO 5 DTO 6 CAJA DE ESCALERA EXTERIOR

Comportamiento de los deptos de

PA con respecto al ambiente Fuente: Canori,

M. (2008) BLOQUE A BLOQUE B Respuesta de los usuarios de los bloques A

y B a la pregunta N° 3

- Durante la noche generalmente el calefactor

permanece: encendido al máximo, al mínimo o en

piloto

Monitoreo 2008


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Sintesis del periodo en

condiciones reales de uso desde

marzo a diciembre

Monitoreo 2001


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Evolucion de la temperatura interior

entre el 11 de junio y 10 de julio de 2004

Variables climáticas

Qué sucedió más adelante?


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Consumo de gas para calefaccionar la escuela convencional y la escuela solar

Cuáles son los hábitos de uso

del sistema de calefacción?


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0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Años

Co

nsu

mo

an

ual d

e g

as (

m3)

Ampliación

Ultimo monitoreo

Consumo histórico de gas natural

Luego de 10 años de uso?


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Año 2004

Año 2000

Año 2004

Año 2004

Qué pasa con el entorno?

Año 2006

Año 2006


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Año 2004

Año 2004

Año 2007 Año 2004


www.ibpsa.com.ar

Año 1999

Año 2004

Año 1995

Año 2004


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Qué pasa con el deterioro y las posibles patologías?


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Hacia 1993……ETAPA PROYECTUAL

CAPITALIZACIÓN DE

ACIERTOS Y ERRORES

Lineamientos generales

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En la capitalización de aciertos y errores y asumiendo que la finalización

del edificio -según reglas del arte y del buen construir- depende:

• de quién es el destinatario de la transferencia: Institución,

Comitente particular

• fundamentalmente de quién gestiona la transferencia en todas

sus etapas

• del momento en que se hace la transferencia y se concreta


Se reorganiza

la etapa

proyectual

PRE-DISEÑO ENERGÉTICO

ANTEPROYECTO

se negocia para ceder o acordar

PROYECTO DEFINITIVO PLIEGO

CONSTRUCCIÓN

EDIFICIO

Un croquis preliminar y

su modelización y

estimaciones analíticas

permiten evaluar en

una primera

aproximación

-condiciones térmicas

y lumínicas

-ahorro en la carga de

calefacción y/o

enfriamiento e

iluminación

-costos

CROQUIS

PRELIMINAR

REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE

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¿Por qué un organigrama más complejo?

Integrar la experiencia profesional,

búsqueda de información y el trabajo en

equipo


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El análisis es válido para una determinada

región (depende de los costos del momento

y la accesibilidad a la mano de obra)

Cada edificio es una particularidad


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El período que transcurre entre el pre-diseño

(térmico) y el proyecto definitivo requiere de

la participación activa del:

Comitente – Proyectista - Asesor

Más aún el período que transcurre entre el

pre-diseño y el anteproyecto es un período

de articulación y negociación permanente

para fortalecer la investigación


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El proceso de ejecución necesita de la

participación además del director técnico, del

profesional que ha participado en el pre-diseño

térmico (Es importante un seguimiento

permanente de la obra y un diálogo con quien

la ejecuta)

Minimizar las variaciones que suelen surgir

entre la propuesta del pre-diseño y durante la

construcción y que pudieran afectar el

comportamiento térmico simulado


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Maximizar el análisis de alternativas de diseño en el período de

simulación

Minimizar la impredecibilidad a través del uso adecuado de

modelos de predicción

Realizar un análisis de sensibilidad (+ - área vidriada, + -

sombra, + - espesor en muros interiores, + - absortancia,

+ - ganancias internas de calor)


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Promover el diseño holístico y la discusión entre los distintos

actores

Disminuir la complejidad constructiva

por eso se debe:

Monitorear de manera periódica el comportamiento térmico y

energético del edificio

Puede cambiar el entorno,

hay envejecimiento del edificio, puede no haber mantenimiento (ejemplo, Escuela en Catriló),

puede cambiar el usuario,

pueden cambiar los directivos de las instituciones, etc.


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Un pre-diseño térmico a partir de la simulación integrado al diseño

arquitectónico

Se concluye que

permitirá fortalecer los lineamientos del DB durante

la vida útil del edificio y un mayor acuerdo entre

datos simulados y reales

una adecuada interacción entre los actores,

una construcción acorde con las reglas del arte y del buen construir,

la mayor presevación de las especificaciones

técnicas del pliego y una muy buena gestión de

obra y un sentido de pertenencia de los usuarios

y un sentido de pertenencia de los usuarios


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ARTICULAR DECISIONES EN LA ETAPA

PROYECTUAL, FORTALEZAS, OPORTUNIDADES

Y DEBILIDADES DE LAS HERRAMIENTAS DE

DISEÑO Y SIMULACIóN, CAPITALIZAR

ACIERTOS Y ERRORES DE LOS EDIFICIOS

CONSTRUIDOS

E INTEGRAR INVESTIGACION Y PRACTICA

PROFESIONAL

Para esto se deben:

Muchas gracias!!!!


el rol del simulador tÉrmica en la etapa proyectual...

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