II Taller de La Red Geesos Simulacion

5/11/2018 II Taller de La Red Geesos Simulacion - slidepdf.com

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La Simulación

Maria. E. Soldatti

Carlos. A. García Ebbens, Norberto S. Odobez

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL DELTA

II TALLER DE LA RED GEESOS

SEMINARIO EFICIENCIA ENERGÉTICA

EN EDIFICACIONES



El problema de la conservación de la

energía lo tienen los unos y los otros



PRIMEROS PASOS



Un Sistema

Los edificios en general son construidos para proteger yalbergar las actividades humanas. Su envolventeparticipa activamente para que en su interior puedandesarrollarse las actividades en un entorno de seguridad

y confort térmico, acústico y visual.Tanto la envolvente como los elementos interioresinfluyen sobre las diferencias entre el clima que segenera en el interior y el clima exterior. Todos loselementos arquitectónicos tradicionales o no, ofrecen suinfluencia en cuanto a la gestión térmica, produciéndosenumerosos fenómenos de intercambio de flujosenergéticos que definen el comportamiento térmico yambiental del mismo.



Un Sistema

Son principalmente los elementos que pertenecen a la piellos que provocan el filtrado del clima exterior hacia elinterior, determinando efectos sobre un clima interiordistinto.

Esta transferencia de energía depende tanto del climacomo del propio edificio.

Es muy importante conocer todos los datos de construcción,

orientación, ubicación geográfica, clima, propiedadesgeométricas, usos finales, horarios, infiltración,ventilación, instalaciones de HVAC, equipos que generencalor y/o humedad, iluminación, cuya combinación con elclima exterior condicionan su comportamiento



Un Sistema

Todas estas variables en combinación espacial ytemporal aportan continuamente ganancias ypérdidas, tanto directas como diferidas.

Sin pretender desarrollar la teoría sobremodelización de edificios, podemos inferir que sepueden plantear dos caminos para su elaboración.

Un método estático que supone que el régimen de lascondiciones climáticas exteriores es constanteimplicando que la temperatura interior también esconstante. O bien, más cercano a la realidadconsiderando el carácter dinámico de los fenómenos

térmicos en el edificio



Un Sistema

Un sistema es un objeto físico en el cualdiferentes tipos de variables interactúan entresí y producen señales observables.

Las señales o resultados que son de nuestrointerés se denominan variables de salida(outputs).

El sistema está afectado de estímulos oexcitaciones externos. Los estímulos que puedenser controlados por el observador son lasvariables de entrada (inputs), los demás se

denominan interferencias o ruido.



Un Sistema

Para poder interactuar con el sistema, se necesitaalgún concepto que describa cómo se relacionan susvariables entre sí. Este concepto entre señalesobservables se denomina:

MODELO DEL SISTEMA

Una de las maneras de construir un modelomatemático es dividir al sistema en subsistemas, cuyocomportamiento físico y propiedades puedan quedarentendi- dos claramente. Estos subsistemas serelacionan luego matemáticamente entre sí y seobtienen un modelo de todo el sistema



Un Modelo de Sistema

Una de las maneras de construir un modelomatemático es dividir al sistema en subsistemas, cuyocomportamiento físico y propiedades puedan quedar

entendidos claramente. Estos subsistemas serelacionan luego matemáticamente entre sí y seobtienen un modelo de todo el sistema.

El modelo que se usa para la simulación de un sistema

por ordenador es un programa. Este consta de unaserie de procesos y subrutinas interconectadas queprovocan resultados análogos a los del sistema real, apartir de los mismos datos.





GENERACIONES

1° GENERACIÓN: Enfoque manual,sin acoplamiento de cálculos, fácilde aplicar, difícil de interpretar.

Se incorporan muchassimplificaciones para permitir suformulación. El enfoque no

representa fielmente el consumo.



GENERACIONES

2° GENERACIÓN: A mediados delos 70´surgió una nueva generaciónde modelos. El aspecto temporal

del problema de la simulacióncomenzó a recibir atención.Soluciones analíticas a los llamados

factores de respuesta.



GENERACIONES

3° GENERACIÓN: A mediados de los años 80, porprimera vez la tarea de simulación se considera unproblema de campo clásico en el que las variablesindependientes únicas y verdaderas son las

dimensiones del espacio y el tiempo. Todas lasdemás dependen de ellas, ningún proceso puederesolverse independientemente. El volumen finito

y la discretización es precedida por la generaciónde ecuaciones de conservación de masa, energía ocantidad de movimiento. Métodos avanzadosnuméricos son necesarios para resolver loscomplejos problemas del transitorio.



Los padres de la simulación



Que es la simulación?

Simulación permite estudiar un sistema sin tenerque realizar experimentación sobre el sistemareal.

La simulación es una técnica muy poderosa y

ampliamente usada en las ciencias para analizar yestudiar sistemas complejos. ROBERT SHANNON: La simulación es el diseñar y

desarrollar un modelo computarizado de un

sistema o proceso y conducir experimentalmentecon este modelo con el propósito de entender elcomportamiento del sistema del mundo real oevaluar varias estrategias con los cuales puedanoperar el sistema.



En los últimos años, cientos de programassobre energía en los edificios han sidodesarrollados, mejorados y están en usoen la comunidad que estudia la eficienciaenergética en edificios. Las vedettes delas herramientas son las aplicaciones desimulación energética del edificio en su

totalidad

. Tales programas proveen alusuario las claves de perfomance deledificio tales como energías en juego,demandas, temperaturas, humedad, costos

entre otras.



Rango de aplicaciones

En la práctica, las herramientas de simulaciónpueden utilizarse para las siguientes funciones:

Evaluar las opciones de diseño e investigar la

optimización del diseño. Facilitar la investigación de nuevas ideas. Controlar el cumplimiento o de los códigos de

energía de los edificios. Realizar análisis económicos para determinar el

impacto de las medidas de conservación.



Limitaciones

La entrada del programa es voluminosa ydetallada científicamente, y se piden datos queno están disponibles

Los resultados del programa consisten en datos

que pueden confundir al usuario. Comprender einterpretar los resultados es difícil. Muchas herramientas de diseño detalladas están

orientadas a la investigación.

El software no permite a los usuarios laflexibilidad suficiente como para hacerprogramación que cumpla fácilmente lasnecesidades particulares.



Problema a resolver



Simuladores analizados

Energy 10 HAP TRNSYS Calener Heed

Energy Plus eQuest



Energy 10

Es un programa fácil de usar para la etapainicial de diseño, integra la luz natural, lacalefacción solar pasiva.

Genera un edificio paralelo con todas lasestrategias de bajo consumo, y emite ungráfico indicando el grado de importanciaque tiene aplicar cada estrategia.

Estas estrategias predefinidas van desdela envolvente, opciones del sistema deHVAC, iluminación etc.

Edificios poco complejos.



HAP

Es el programa de análisis horariode Carrier, dispone de dosherramientas de gran alcance en el

paquete del software. HAP clasifica según el tamaño los

sistemas HVAC para edificios

comerciales. También simula las 8760 horas

para evaluar la EE y los costos de

la energía.



HAP

Produce informes tanto resumidos comodetallados, tanto de los sistemas comoacerca de la construcción del edificio.

Utiliza seis motores de cálculo para llevara cabo su trabajo. El motor de carga utiliza ASHRAE. Adecuado para una amplia gama de

diseños, nuevos o modernizaciones. Los datos generados con HAP son

aceptados para la presentación de

proyectos LEED.



TRNSYS

Es un programa de simulación porexcelencia, que fue diseñado pararesolver cualquier sistema

energético, sobre todo los máscomplejos. TRNSYS divide elproblema en módulos pequeños, y los

ensambla en una interfaz llamadaSimulation Studio.



TRNSYS

Puede trabajar con multizonas. Incluye módulos para simular

sistemas de energías renovables. Capacidad de desarrollar nuevos

componentes en gran variedad delenguajes.



HEED

Herramienta muy sencilla de usar, muestrala cantidad de dinero que se puede ahorraral hacer cambios en su hogar.

También muestra la cantidad de gases deefecto invernadero que representa. Fue creado para California, pero puede usar

otros archivos de clima. Útil para los proyectos de remodelación o

nuevos. Genera dos edificios del caso base.



Energy Plus

Es la nueva generación de programas de simulaciónque se basa en la características y capacidadesmás populares des BLAST y DOE-2.

Incluye capacidades innovadoras de simulación.

Informe de pre-calculado de factores de luznatural por hora. Modelado de las ventanas. Modelos simplificados de interacción entre la

ventilación mecánica, la infiltración y fugas de

conductos. Cuenta con una serie de productos adicionales que

se usan para mejorar la funcionalidad en general.



eQuest

Es un programa sofisticado pero fácil deusar. Proporciona resultados a nivel profesional

con un nivel aceptable de esfuerzo. Es reconocido para presentar proyectosLEED.

Si bien cuenta con un asistente, luego se

puede trabajar en el modo edición. Amplia gama de planillas de resultados.



Ejemplo de uso con ENERGY - 10



Ventana de inicio del Proyecto

•Costos de energía

•Relación de aspecto•Librería que se utilizará.

•Y también se puede inspeccionar laconfiguración del edificio standard.

Aquí se define:•Ubicación geográfica

•Zona a evaluar

•Uso del edificio

•Sist. de calef. yrefrigeración.•Área del piso

•Nro de historias



Ubicación Geográfica

Archivo de clima Elegimos el clima de una lista (a la

que se le puede agregar otrasciudades que no estén incluidas)

Ciudad (lo coloca el sistema) Estado (lo coloca el sistema)



Definición de la zona de evaluación

Uso del edificio

Sistema decalefacción y

ventilación

Área del pisoNro. de historias

Precio de laenergía

Relación de aspecto

Librería a utilizarInspección de edificio estándar



Relación de aspecto

AR es la relación de longitud con el ancho delplano del edificio. Por ejemplo, un edificio 45(este-oeste) por 30 (norte-sur) tiene unarelación de aspecto de 45/30= 1.5

O bien:AR= área/ (NS dimensión)2

AR=(EW dimensión)2/área



Definición del edifico estándar

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1. Definiciones de la construcción

2. Altura de piso a piso

3. Días utilizados por semana

4. Días adicionales en el año

5. Carga de luces interiores y

exteriores6. Cantidad de personas por

unidad de superficie

7. Agua caliente

8. Otras cargas

9. Controles de Equipo deRefrigeración Calefacción

1. Margen horario

2. Ajuste de Temp.deRefrig.

3. Ajuste de Temp.de Calef.

Li d i l l ió



Lista de materiales para la construcción

del edificio estándar

Paredo 2 x 4 frameo 2 x 4 partitiono 2 x 6 frameo 2 x 6 frame polyo 4in sipo 40in sipo 40in steelstudo 6in sipo 8in brick/foamo 8in cmuo concrete flooro r1000o steelstud 4

o steelstud 6 poly

Techoo Attic, r-30o Attic, r-60o Cathedral 2 x 10

o Concrete r-30o Flat, r-38o Flat noneo Flat, r-19o Flat, r-6o R1000

Ventanao Ningunao 3040 double, alumo 3040 double, low-

e

o 3040 double woodo 3040 super woodo 4060 double alumo 4060 double low-eo 4060 double woodo 4060 low-e al/bo 4060 r1000o 4060 scoo 4060 single, alumo 4060 super woodo 6060 double low-eo 8060 double low-eo 8060 double wood

o 8060 super woodo R1000 sco

Pisoo 2 x 10 frameo 2 x 4 frameo 2 x 10 w tile

o Carpeted slabo R1000o slab

Base Pisoo Basemento Crawl Spaceo Exposed to

Outsideo Slab on gradeo Unconditioned

space



Tipos de vidrios - Descripciones asociadas

Tipo Nombre Descriptivo1000 Single Clear Glass1200 Single Bronze 1/8-inch Glass1201 Single Bronze ¼-inch Glass1203 Single Green Glass1204 Single Gray 1/80- in. Glass

1205 Single Gray ¼-inch Glass1412 Single Tinted Glass with Reflective surface1415 Single Clear with Reflective surface1602 Single Glass with Low E Coating2003 Double Clear Glass2200 Double Glass with Bronze 1/8-inch outer light

2203 Double Glass with Bronze ¼-inch outer light2209 Double Green Glass2212 Double Glass with Gray 1/8-inch outer light2215 Double Glass with Gray ¼-inch outer light2413 Double Glass with Reflective Coating on Tinted Light, SHGC <0.22416 Double Glass with Reflective Coating on Tinted Light, SHGC <0.3

2440 Double Clear Glass with Reflective Coating, SHGC <0.22443 Double Clear Glass with Reflective Coating, SHGC <0.3



Tipos de vidrios - Descripciones asociadas

(continuación)

Tipo Nombre Descriptivo2470 Double Glass with Reflective Coating, SHGC >0.32613 Double Clear Glass with Low-E Coating2636 Double Glass with Tinted outer Light and Low-e

Coating

3001 Triple Clear Glass3641 Heat Mirror 88 film with clear Glass3651 Heat Mirror 77 film with clear Glass3661 Heat Mirror 66 film with clear Glass3663 Heat Mirror 66 film with tinted Glass3671 Heat Mirror 55 film with clear Glass

3673 Heat Mirror 55 film with tinted Glass3681 Heat Mirror 44 film with tinted Glass3691 Heat Mirror 33 film with tinted Glass4651 Double Heat Mirror films with clear Glass

D t ll d D t i i l d l difi i d



Detalle de Datos provisionales del edificio de

referencia

El edificio de referencia es unaconstrucción de cuatro paredesdenominadas norte, sur, este y oeste.

11

2

3

4

5

6

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8

2

3

4

5

6

7

Superficies que dan al n-s, e-o ytecho

Definiciones de la construcción

Grados de rotación

Conductos interiores o exteriores

Número y tipo de ventanas

Ocupantes: nro, días de ocup., iluminación

Margen de calef.-refrig. y ajustes detemp.

Con / sin aprovechamiendo de luz deldía



Continuación del ensayoDatos provisionales del edificio 1

Aquí se pueden modificar algunas delas características del edificio dereferencia.

A continuación el sistema ya realizó el proceso de AutoBuild creando dosedificios rectangulares. El de la izquierda es el caso de referencia,mientras que el de la derecha es el edificio de bajo consumo energético.

Muestra entonces una planilla con los valores de uno y otro edificio con lasmejoras incluídas, y los valores calculados

Ahora para continuar me solicita guardar el proyecto.



Paralelo de los dos edificios

Caso de

referencia

Caso debajoconsumo

de energía



Guardado del proyectoNormalmente antes de laprimera simulación debemos

guardar el proyecto en eldisco duro, creando para ellouna carpeta para nuestroproyecto.

Los primeros esquemas 001 y002 son los creados por elAutobuild.

Subsecuentemente, a medidaque se le hacen cambios a ladescripción del edificio y sequieran guardar lasdescripciones modificadas,seleccionaremos guardar elesquema y el sistema le dará

un nuevo nombre. Losnombres asignados a losesquemas comienzan con el001 y son guardados en eldirectorio del proyecto.

Tenemos dos posibilidadesguardar un nuevo proyecto y

sobreescribir uno existente.

Título del proyecto

Elección de lacarpeta

Elección del driver

Carpeta del nuevoproyecto



Controles para la simulación

Período en quese realizará la

simulación

Estudio delaprovechamiento de

la luz del día



Proceso de simulación en marcha

Este proceso puede tardar unos minutos, el motorde simulación aquí evalúa el consumo de energíapara cada uno de los días en el período seleccionadoanteriormente



Una vez terminada la simulación muestra

un gráfico comparando el consumo

energético de los dos edificios, el rojo, setrata del que estamos evaluando y el

verde el similar con el mejor rendimiento

Continuación del ensayo:



Continuación del ensayo:

RANKING DE LAS ESTRATEGIAS

El software ofrece doce estrategias que hacenmejorar visiblemente el rendimiento del edificio,son las mismas estrategias aplicadas todas enconjunto al edificio 2



Presionando el botón a la izquierda de la misma, podemos ver cuál es lamodificación que está implementando, e inclusive se puede modificar

por la posibilidad de no contar con ese material, pero sí unoequivalente.

Inclusive podemos agregarle elcosto que esta modificación implica

P l ki d l



Para presentar el ranking de lasestrategias



Con el gráfico anterior se evalúan las

estrategias propuestas, según el ranking y

elegimos cuales puede aplicar en ese

edificio en particular

Lo cual creará otro edificio 2, con solamente estasestrategias aplicadas

Luego vuelve a simular Así presentará el gráfico de comparación energético

de ambos edificios.



Luego vuelve a simular con estas modificaciones aplicadas (nuestro caso apliqué dos)

Visualización de ambos gráficos



Visualización de ambos gráficos

Aquí se

puedeapreciarclaramenteque consolamente

aplicar una odosestrategias

ya esposibledisminuir elconsumoenergético



El software cuenta además con otros

reportes







am n se pue enl l t



evaluar los costos



MISCELÁNEAS Modificar los datos quevienen por defecto

Cambiar el edificio de localidad

Cambiar las tarifas

Pasar los datos a planillas tipo Excel

Ej l d Q t



Ejemplo de uso con eQuest



proyecto

eQuest nos ofrece un asistentepara completar todos los datosrequeridos para la simulación



Cuenta con dos modalidades

Cuando lainformación es más

limitada o pequeñasestructuras

Cuando la informacióndetallada estádisponible o

estructuras máscomplicadas



Aquí solicitará

Nombre del proyecto

Tipo de edificio (lista)

Ubicación y clima de laregión

Tarifas eléctricas y de

gas

Área del edificio

Nro de pisos por encima y por debajo (subsuelo)

Calefacción yRefrigeración

Año de análisis

Por sí o por no, evaluacióndel aprovechamiento dela luz solar.

Detalles de uso

D t ll t ti F d l b d l difi i



Detalles constructivos: Forma de la base del edificio

•Forma de la base•Patrón de zona•Orientación del

edificio•Dimensiones dela base

•Profundidad dezona de penetra-

ción•Altura de piso apiso y piso atecho

•Inclinación deltecho

Al



Algunos conceptos

Forma de la base: Se cuenta con una lista deformas típicas, que luego pueden modificarse puntoa punto. O bien cargar desde un archivo deAutocad

Patrón de zona: Se considera zona, a cualquiersumatoria de superficies donde las condicionestérmicas se puedan considerar semejantes.

Altura de piso a piso y piso a techo: serándiferentes cuando se cuente con techo a dos aguaspor ejemplo (atrio).

Profundidad de zona de penetración: es la zonadonde la influencia del clima exterior se percibecon más notoriedad.

Elementos de construcción de la



Elementos de construcción de la

envolvente del edificio



Construcción interna del edificio



Puertas – Ventanas – Sombras exteriores

A ti id d l di ti t á d l difi i



Actividades en las distintas áreas del edificio

cuando están ocupadas y desocupadas



Esquema de horas de uso del edificio

Sistema de HVAC



Sistema de HVAC(Calefacción Refrigeración Aire acondicionado)



Ajuste de las temperaturas en el interior

C t í ti d l i



Características del equipo

Equipamiento para el



Equipamiento para el

agua caliente doméstica

n ormaci n e e i icioDirección Propietario



Dirección Propietario

etc.

Una vez cargada toda laPresionamos



información solicitadaPresionamosFINISH

A partir de ahora trabajaremos con el menú que tenemosa la izquierda del esquema gráfico. Que nos da la posibi-lidad de visualizarlo en dos o tres dimensiones.

Simulación del edificio



Simulación del edificio

Asistente para cambios y comparaciónde rendimientos

Con estas dos herramientas se podrá simularmodificar, volver a simular, y comparar lasveces que sea necesario

Estas simulaciones generan diversos informesque nos ayudará para la evaluación energéticadel mismo

Lista de reportes y ejemplo de uno de ellos



Lista de reportes y ejemplo de uno de ellos



REPORTES

Eli e la cate oría donde aplica la modificación



Elige la categoría donde aplica la modificación

Puede elegir varias categorías que se verán enesta ventana

Realiza los cambios/ mejoras



Luego volver a simular

Para poder comparar



MUCHAS GRACIAS!

Hay una fuerza motriz máspoderosa que el vapor, laelectricidad y la energíaatómica: “LA VOLUNTAD”

Albert Einstein

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