Fernando Cabrera, gerente de FCK Ingeniería, llevó a cabo una conferencia sobre la incidencia de la fachada en el consumo y diseño en sistemas de aire acondicionado, en el III Encuentro Internacional de Fachadas, donde explicó el modelamiento energético considerando los sistemas HVAC y el ahorro de energía.
por Iris Montoya Ricaurte
La conferencia de Fernando tuvo como objetivo principal comparar, bajo una simulación energética realizada en Energy Plus, diferentes sistemas de sombreado de fachada y el consumo energético (en Kwh) del sistema de climatización para cada caso.
En este espacio hizo un énfasis en la simulación energética, la cual está compuesta de 3 pilares: modelamiento, motor de cálculo e interfaz. Donde el motor analiza y conceptualiza el consumo energético que tienen todos los sistemas involucrados en una edificación, como el sistema eléctrico o de control de incendios, incluidos los sistemas aledaños de iluminación y los HVAC, entre otros, teniendo en cuenta las regulaciones internacionales. Resaltó que se deben realizar cálculos dinámicos, pues se basan en modelos que se mueven en el tiempo y que, con su mallado tipo CFD, comparte el comportamientos de nodos alrededor de la estructura de simulación. Así pues, esta comunicación y correlación de datos permite hacer un análisis energético de una edificación, para buscar los parámetros de optimización.
Es importante destacar que, para su modelo, Fernando usó el motor de cálculo Energy Plus, el modelado por Sketch Up y la interfaz de Open Studio.
Componentes de un modelamiento energético
Ahora bien, en la conferencia se indicó que un modelamiento energético parte del modelo constructivo, el cual, a su vez, inicia con la geolocalización de la construcción, sea que el caso se trate de un proyecto nuevo o existente. En este último caso es importante ingresar los parámetros de consumo recurrentes que se tienen en el edificio, como la facturación por cobro de servicios básicos.
Lo siguiente en el modelo constructivo es “darle nombre y apellido” a todo lo que ha sido dibujado o parametrizado, porque así se puede hacer un análisis detallado de ciertas zonas, frente al comportamiento de sus espacios, especialmente para aquellas que están más profundas en la estructura de la edificación. Además, es relevante ingresar los diferentes escenarios y comportamientos, según el tipo de edificación que se desea modelar, ya que la disposición de sus espacios y actividades que allí se desarrollan hablarán de las necesidades de climatización y ventilación; tal es la diferencia entre oficinas, almacenes de alimentos, hospitales y parqueaderos, por dar un ejemplo.
Según Fernando, estos datos y parámetros son fácilmente visibles gracias al Open Studio inspector, donde se notan las diferencias en zonas térmicas y zonas constructivas. La caracterización del edificio se hace en esta etapa, donde se distinguen detalladamente las particiones, ventanas y espacios que lo componen.
Sin embargo, “el modelo como tal es mejor hacerlo lo más sencillo posible, porque a pesar de que los tiempos de cómputo sean pequeños, por ser una herramienta gratuita hay varios momentos donde se puede colapsar, por la demanda del sistema. Si bien se puede hacer recuperación de información, en algunos casos, cuando los modelos son muy complejos, da ‘caso error’”.
Caso de estudio
El ejemplo que usó Fernando, para su demostración, fue una propuesta a partir de un hotel existente en la ciudad de Bucaramanga (Colombia), el cual tiene en sus características generales 14 pisos, con restaurante en el nivel superior. Además, dispone de zonas de parqueadero y locales comerciales en los primeros dos niveles.
En su caso cargó información del clima en archivos de extensión EnergyPlus Weather o .EPW. El ingeniero comentó que el archivo climatológico tiene información básica, generalmente se debe buscar de alguna estación meteorológica cercana, cuyos datos ayudan a parametrizar consumos, diferentes temperaturas y humedades a las que está expuesto el edificio, lo que ayuda a entender cómo se comporta internamente la estructura bajo los sistemas externos que la condicionan. Por lo que recomendó hacer esto sin importar que se trate de un país tropical.
Posteriormente, siguió con la carga de los datos de los Schedules, un conjunto de parámetros que permiten observar cómo se comporta la edificación en el transcurso del tiempo del archivo climatológico. Para comparar la construcción, en un simulacro lo más cercano posible a la realidad, donde se incluyan por ejemplo sus gastos eléctricos. Luego montó la información de la envolvente como tal de la edificación, es decir, el tipo de fachada.
Fernando anotó que también se debía tener en cuenta el estándar Ashrae 90,1/2010, encargado de regular los requisitos energéticos para edificios excepto los residenciales de baja altura. Y, por último, agregó las densidades promedio de los espacios (cantidad de personas, luces o equipos por metro cuadrado) al interior del recinto.
Ahora bien, ya entrando a los sistemas de climatización, cuya función es la de consumir energía para desalojar calor de las instalaciones, se explicó que se deben usar solamente cuando las medidas pasivas no son capaces de gestionar esto y se rompe el estándar Ashrae 55 de confort, que indica las condiciones térmicas aceptables para la ocupación humana de los edificios, de acuerdo con un conjunto de factores asociados al ambiente interior (temperatura, radiación térmica, humedad y velocidad del aire).
En esta simulación Fernando usó sistemas de volumen de refrigerante variable (VRF), que es una de las tecnologías más favorables para el consumo energético y con certificaciones LEED. La cual tiene la capacidad de reducir los consumos de energía a la mínima expresión. Estos sistemas son unidades exteriores pueden ser usadas en tándem y una serie de unidades interiores que acondicionan el espacio, sin importar la forma arquitectónica del lugar. Dichos sistemas se pueden incluir en el software con el Drop VRF System y el Drop VRF Terminal. El primero representa el compendio de unidades condensadoras y el segundo las unidades interiores.
Luego de cargar esta información, porque la idea es ver cómo se comporta el sistema de climatización ante diversas variaciones de fachadas, se ingresó (en el estudio base) una referencia muro ventana de 0.4, que es la recomendada. No obstante se puede aplicar cualquier variación para emular la construcción real o el diseño que se quiere plasmar. Fernando indicó que esta es una herramienta muy extensa en su aplicación y los detalles de parámetros.
Finalmente, en el ingreso de datos, se parametrizó el material y se ingresó a cada uno de los sombreados. Teniendo en cuenta la norma ISO 15099:2003, encargada del rendimiento térmico de ventanas, puertas y dispositivos de protección solar — cálculos detallados.
Comparación final de resultados
El funcionamiento en este punto es simple, una vez todos los datos están incorporados, el mismo programa entrega la simulación. Allí, a partir de las variables que se pueden cambiar, como diferentes sistemas HVAC, alerones, modificaciones en la relación muro/ventana, indica los gastos energéticos posibles que demandaría. En este caso el ingeniero aplicó como variaciones: fachada vidriada (con uso convencional de ventanas), en shaded (que se caracteriza por elementos que recubren de la luz solar, pero permiten la ventilación), fachada blinded o ciega (un modelo mucho más cubierto) y la surface.
A partir de estos resultados, pudo proyectar los gastos anuales y el ahorro en Kwh, que se puede traducir en dinero o reducción de emisiones en CO2. La finalidad de estos datos, a la luz de la construcción, modificación y mejoramiento de fachadas, es establecer qué posibilidades aportan mejoras a largo plazo y son más gentiles con el confort interior del edificio y, por ende, con la demanda de operación de los sistemas de climatización. En muchos casos las soluciones que generan más ahorro implican un mayor costo, pero gracias a estas simulaciones se puede explicar a los inversionistas y dueños de proyectos cómo recuperar esa inversión en el largo o mediano plazo y qué opciones representan un ahorro significativo.
