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Modelado energético, herramienta que impulsa la sustentabilidad

Hoy más que nunca el planeta demanda soluciones sustentables para un aspecto crucial de la vida humana: la edificación. El modelado energético es la alternativa para adelantarse a las necesidades de ahorro de recursos y garantizar el cumplimiento de los objetivos

Damaris Bautista

La predicción del desempeño energético de un edificio antes de ser construido se ha convertido en un recurso fundamental para la toma de decisiones durante el proceso de diseño de nuevos proyectos y renovaciones, tanto para reducir impactos al ambiente, como para verificar la eficacia y factibilidad económica de sus componentes.

Figura 1. El modelado energético es un modelo computacional que representa un edificio antes de ser construido

En el pasado la toma de decisiones en el proceso de diseño se realizaba de acuerdo con factores estéticos, y por supuesto, económicos y de presupuesto. En un contexto de cambio climático, es imperativo tomar acciones desde el punto de vista profesional, pero también desde el ámbito personal.

¿Cómo se puede predecir el comportamiento energético de un proyecto, la eficiencia y el retorno de inversión de un sistema o equipo propuesto? Una de las herramientas más confiables y disponibles en el proceso de diseño es el modelado energético.

Como lo indica su nombre, se trata de un modelo computacional que representa un edificio antes de ser construido e incluye todos sus componentes: arquitectura, envolvente, aire acondicionado, ventilación y calefacción, sistemas de agua caliente, equipos de cargas e iluminación; todo dentro de un entorno virtual que simula las condiciones geográficas y climáticas de la ubicación de un proyecto. En él, es posible integrar perfiles de ocupación de acuerdo con el tipo de uso del inmueble o espacio específico.

El modelado energético permite realizar simulaciones termodinámicas detalladas para obtener los datos completos de consumo en períodos por hora y día; por lo regular, se realiza por semanas de diseño o por un año.

Una vez obtenido el modelo 3D y la integración de sus sistemas dentro de un software especializado, el proceso de modelado puede realizarse en varios minutos e incluso horas, dependiendo el tamaño del proyecto y detalle del mismo, simulando las condiciones termodinámicas específicas de éste.

Figura 2. Los modelos energéticos pueden desarrollarse en diferentes etapas de diseño con el fin de brindar respuestas claras, verificar o desaprobar medidas, sistemas o tecnologías de eficiencia energética. Fuente: Asociación Internacional de Simulación de Desempeño de Edificios (IBPSA USA)

Es posible desarrollar diferentes tipos de modelos en las diferentes etapas de diseño con el fin de brindar respuestas claras, verificar o desaprobar medidas, sistemas o tecnologías de eficiencia energética (Figura 2).

Por ejemplo: las cargas solares son uno de los componentes principales para el dimensionamiento del sistema mecánico. Desde una etapa temprana, el modelado energético se puede usar para seleccionar la forma arquitectónica más adecuada y, posteriormente, la orientación que más beneficie a las metas de ahorro de energía. También en las etapas tempranas de diseño se pueden evaluar diferentes sistemas HVAC para conocer cuál será el más efectivo para el proyecto, obtener así el consumo energético estimado y tomar una decisión mejor informada que incluya los costos de inversión y de ciclo de vida.

Una de las mayores ventajas de esta herramienta es que se puede evaluar cómo un sistema del edificio impacta a otro. Por ejemplo, si la selección de la envolvente del inmueble es un vidrio bajo emisivo, el dimensionamiento de la instalación HVAC arrojará una menor capacidad requerida, y si el sistema de iluminación tiene una baja densidad de potencia en los espacios acondicionados también aportará a disminuir la capacidad requerida.

Figura 3. Representación típica en 3D de un edificio modelado en un programa de simulación. Fuente: “Building energy modeling for owners and managers. A guide to specifying and securing services”, Rocky Mountain Institute, 2013

Existen diversas medidas de eficiencia energética, sistemas y tecnología en el mercado; sin embargo, no todas impactan de igual forma en un proyecto y en otro. Lo esencial es evaluar diferentes propuestas y tomar las que mejor beneficien a la edificación y tengan una mejor relación costo beneficio. Por lo tanto, los propietarios se pueden beneficiar directamente de esta herramienta, ya que ayuda a maximizar la inversión antes de la construcción, optimizando alternativas que permitan priorizar la inversión en estrategias que generen un mayor impacto en la reducción del consumo energético y bienestar de los ocupantes.

Una vez que se termina con el proceso de diseño, es posible predecir el consumo energético general. Es muy importante mencionar que los resultados que arroja el modelado presentan variaciones a los consumos reales de cuando el proyecto se encuentre en operación, debido a que los perfiles de ocupación y secuencias finales podrán ser diferentes a las estimadas previamente.

Asimismo, ante la necesidad de combatir el cambio climático, organizaciones dentro de la industria del diseño, construcción y operación de edificios han desarrollado estándares, guías y procesos que fomentan la reducción del consumo de energía proveniente de combustibles fósiles, ya que éstos son la causa principal de la emisión de gases de efecto invernadero, es decir, del calentamiento global.

El modelado energético también puede utilizarse para demostrar el cumplimiento de metas de ahorro de energía requeridos por estándares o certificaciones. El programa LEED, por ejemplo, cuenta con un reconocimiento internacional que surge como respuesta a esta necesidad e impulsa el diseño integrativo de la mano con el modelado energético. La certificación LEED, además, se compone de prerrequisitos que son obligatorios y de créditos, con los cuales se puede obtener puntos para alcanzar distintos niveles: plata, oro y platino.

Figura 4. El estándar ASHRAE 90.1 proporciona los requisitos mínimos para el diseño de eficiencia energética en la mayoría de los edificios, excepto los residenciales de poca altura. La edición de 2019 incluye varias modificaciones y aclaraciones para mejorar la coherencia interna y estandarizar la estructura y el lenguaje del documento.

Diseño Integrativo
Para lograr que un proyecto sustentable sea exitoso y energéticamente eficiente es necesario implementar el diseño integrativo, que requiere la colaboración de todos los integrantes de las diferentes ingenierías y especialidades.

La certificación LEED hace hincapié en la importancia de la reducción del consumo de energía, misma que se ve recompensada en los puntos que se pueden obtener dentro de categoría Energía y Atmósfera.

En la versión 4 de esta certificación hay un crédito llamado “Proceso Integrativo”, que requiere el desarrollo de un modelo de “caja simple” para la sección de sistemas energéticos. Esto con el fin de identificar estrategias para la reducción del consumo de energía antes de que finalice el diseño esquemático e identificar al menos dos estrategias de reducción de cargas relacionadas con las condiciones del sitio, la masa y orientación, los atributos de la envolvente, los niveles de iluminación, rangos de confort térmico, cargas de proceso y parámetros de operación.

El cumplimiento de este crédito es una excelente práctica y el primer paso para lograr un proyecto de bajo costo de operación y bajo impacto al medioambiente.

Además, el cumplimiento obligatorio del prerrequisito de desempeño mínimo energético pide demostrar un ahorro mínimo respecto a la línea base determinada por el apéndice G del ASHRAE 90.1 Estándar energético para edificios excepto residenciales de baja altura (Figura 4). Cabe destacar que, conforme avanzan las versiones de la certificación, el cumplimiento de dicho estándar se basa en versiones más recientes que impulsan un mejor desempeño energético.

Figura 5. El modelado energético ayuda a maximizar la inversión antes de la construcción, optimizando alternativas que permitan priorizar el presupuesto en estrategias que generen un mayor impacto en la reducción del consumo de energía y bienestar de los ocupantes.

En algunos casos la selección de los sistemas, equipos y tecnologías para nuestro proyecto puede volverse en un tema meramente financiero dejando a un lado la evaluación de sistemas o tecnologías más complejos, que no necesariamente representan un aumento considerable del costo y que podrían traer mayores beneficios a mediano y largo plazo.

Ahora que conocemos las ventajas del uso del modelado energético podemos ver que los beneficios son muchos y el costo de implementarlo es realmente bajo en comparación a lo que nos podemos ahorrar.
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Damaris Bautista
Arquitecta por la UNAM, con un Diplomado en Sostenibilidad en Edificaciones impartido por la Universidad Politécnica de Cataluña. Cuenta con la acreditación profesional LEED AP Building Design + Construction, otorgada por el Green Business Certification Inc. Actualmente, forma parte del equipo de Energía en Revitaliza Consultores donde colabora en el análisis y propuesta de estrategias para mejorar la eficiencia energética a través del modelado en diversos proyectos que buscan la certificación LEED V4.

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