Design Builder

Design Builder: Simulación energética de edificios

Cuando estudiaba la carrera el comportamiento térmico y energético de los edificios era un tema por el que me interesaba mucho e incorporaba en mis propuestas de estudiante. Pero más allá de libros con recetas y orientaciones de cómo proyectar para conseguir mejorar la eficiencia no encontré métodos o herramientas que me permitiesen simular el edificio proyectado de forma global y además poder introducir mejoras o cambios y controlar su evolución a medida que diseñaba. Luego he sabido que sí existían, pero estaba buscando en la biblioteca inadecuada y utilizando mis bilbiografías de asignaturas de arquitecto. Resulta que era en las universidades de ingeniería donde se trataban los temas energéticos relacionados con los edificios y donde jugaban con las versiones antiguas de TRNSYS o DOE.

Pero ahora, pocos años después de que estos temas ni existiesen en las bibliotecas de arquitectura, resulta que los técnicos que desarrollamos proyectos hacemos simulaciones utilizando programa de ese tipo. Sí, eso es, Lider y Calener son simuladores en su base de cálculo, aunque sólo los utilizamos para certificar proyectos. Los simuladores energéticos son programas informáticos que realizan un cálculo horario del comportamiento energético de un edificio virtual y en régimen transitorio, lo que se denomina simulación dinámica (los distintos parámetros de cálculo varían con el tiempo). Con este tipo de cálculo, entre otras cosas, se tiene en cuenta la capacidad de almacenaje de energía de los cerramientos que habitualmente llamamos inercia. Los más complejos realizan un balance energético varios veces cada hora. Así podemos estudiar con mucho detalle la evolución de cualquier parámetro concreto a lo largo del año, como por ejemplo la humedad relativa interior de una zona.

Los que estéis habituados a utilizar Lider y Calener ya conocéis la estructura fundamental de estos programas. Tenemos un modelo virtual de nuestro edificio generalmente en 3d con todas las definiciones constructivas del mismo. Se incorpora un fichero climático que define el clima de la localidad donde se ubica y se definen las instalaciones térmicas proyectadas. El motor de cálculo utiliza todos estos datos para hacer una simulación anual del comportamiento térmico y energético del edificio. Los programas sencillos, como los de certificacion que utilizamos en España, dan datos generales anuales de consumo energético. Los programas complejos se pueden programar para darnos resutados horarios de cualquier parámetro o elemento del edificio.

Si queréis saber más sobre estos programas una publicación imprescindible es la guía del IDAE sobre el tema. Y también podéis encontrar información en IBPSA, una asociación internacional específica sobre estas herramientas.

Aspecto del programa de simulación Design Builder

¿Por qué Design Builder?

Design Builder es una herramienta muy potente para realizar simulaciones energéticas. Como motor de cálculo (el programa que realiiza los cálculos de la simulación) utiliza Energy Plus que es uno de los más reconocidos y utilizados a nivel internacional y que tiene la ventaja de permitir más de un sistema por zona (esta limitación la conoceréis aquellos que hayáis trabajado con cualquiera de los Calener).

Ya había utilizado hace unos años Energy Plus y un plugin libre para Sketch Up para simular y estudiar una vivienda unifamiliar cerca de Salamanca. Pero la verdad es que trabajar directamente con los archivos .idf de Energy Plus es muy laborioso. Por eso decidí echar un vistazo a su versión de evaluación. Me encantó la facilidad con la que se introducía el edificio así como los resultados gráficos que sacaba sólo por darle al botón calcular. Quedé impresionado aunque no profundicé mucho más.

Antes del verano me encontré con que la Fundación del COAM organizaba un curso específico sobre este software y no me lo perdí, puesto que la única formación que conocía sobre el tema la ofertaban los distribuidores del programa muy lejos de mi localidad. El curso lo impartió José Miguel Márquez Martinón y la verdad que me gustó mucho como lo planteó y como lo hizo. Tuvo mucha paciencia respondiendo la preguntas pejigueras que le realizamos, demostró que conoce bien cómo funciona el programa y fue franco también al contarnos los problemas que tiene, lo que es muy de agradecer.

¿Qué hace Design Builder?

Ya sabemos que Design Builder hace una simulación de un modelo de edificio y nos dice cómo se comporta.

La introducción de la geometría y las características del edificio es sencilla y muy rápida. Una vez te haces con los modos de introducción se modela rápidamente y se pueden realizar geometrías complejas que en otros softwares no son posibles o simplemente ni nos planteamos por el trabajo y fallos que dan: Cubiertas inclinadas, superficies curvas, maclas complejas de vólumenes, dobles alturas, etc.

Ejemplos de geometrías complejas introducidas en Design Builder

Con la geometría introducida y los componetes definidos podemos exportar el edificio a LIDER, y afortunadamente lo exporta bien. Incluso una geometría que ni me plantearía dibujar en LIDER, porque seguro que no funciona, la metes en Design Builder y LIDER la calcula sin fallos una vez exportada. Reconozco que esta función me impresionó durante el curso y es muy de agradecer que esté tan bien implementada. Otras herramientas que conozco son más tediosas y a veces hasta tienes que modificar el modelo para que lo exporte sin fallos. En cualquier caso conviene mirar en la web del programa las adevertencias que dan a la hora de exportar a los programas oficiales de certificación, en especial en el caso de CALENER GT.

Modelo exportado a Lider desde Design Builder

Los menus para la introducción de los parámetros de cálculo parecen algo liosos al principio, pero si lo comparas con la introducción manual en el fichero .idf de Energy Plus son un regalo.

Realiza cálculos anuales de un montón de parámetros del edificio y te los presenta gráficamente o mediante tablas. Saca de forma muy sencilla datos horarios, mensuales o anuales. Los gráficos se pueden manipular fácilmente lo que permite analizar lo que sucede de forma sencilla.

Ejemplo de resultados de modelización en Design Builder

También realiza un cálculo de cargas según ASHRAE para las condiciones más desfavorables que nosotros podemos fijar. Podemos también utilizarlo para contrastar las cargas obtenidas en el proyecto.

Permite calcular parámetros que son muy difíciles de obtener si no se usa este tipo de software y que los créditos LEED o VERDE exigen en sus evaluaciones, como el porcentaje de personas insatisfechas y la temperatura operativa en una zona.

Ejemplo de resultados de confort en una zona

Simula complejos sistemas de instalaciones y se puede asociar más de un sistema a una zona, no como sucede con EQUEST con CALENER GT.

Simulación de vivienda con varios sistemas por espacio

Hace cálculos de la luz natural con RADIANCE del mismo modelo de forma sencilla y rápida. A los que les guste implementar sistemas de control en sus edificios les vendrá muy bien para decidir la complejidad de los mismos.

Simulación de luz natural de vivienda

Permite hacer cálculos de ventilación interior y exteriores con CFD (Dínámica de fluidos computacional). Y la presentación de los resultados en 3D es muy intuitiva y sugerente.

Cálculo CFD de ventilación natural en una vivienda

Como pegas no me quedó muy claro cómo trata el tema de las infiltraciones y me da la impresión que no tiene un modelo de cálculo concreto desarrollado sobre el tema. Aviso que quizá esté equivocado, puesto que no he tenido tiempo de meterme en los manuales en profundidad. Para mí poder evaluar hoy con cierto rigor las infiltraciones es uno de los temas más relevantes del análisis energético de edificios y que por desgracia menos se trata. Pero ya hablaremos de esto que da para muchas horas de estudio y unos cuantos post.

Otra cosa que no me gustó es que no tiene una herramienta sencilla para meter los puentes térmicos habituales en la construcción. Hay que introducirlos mediante subsuperficies a las que asignamos un flujo de energía. De este modo es bastante laborioso y es fácil sentirse tentado y hacer simplificaciones. Los puentes térmicos por experiencia pueden suponer un 7-8% de la energía perdida en invierno así que se agradecería una herramienta específica para ello.

Mis impresiones

En definitiva me pareció que Design Builder es una interfaz muy potente, intuitiva y con la que se puede modelizar prácticamente cualquier edificio. Como se apoya en un motor de cálculo como Energy Plus, se está calculando respaldado por una herramienta reconocida internacionalmente y en constante evolución.

Ceo que a aquellos que os gusten estos temas, persigáis conseguir edificios más sostenibles y eficientes y busquéis una herramienta que os permita controlar esos aspectos de vuestros proyectos, desde el inicio hasta la definición prolija de sus instalaciones, vais a encontrar en este software un inestimable compañero de trabajo.

La gran pega que tiene para mí, el precio elevado que hay que pagar por utilizarlo. Una licencia completa sale por 3700. Seguro que vale este precio, no lo dudo. Sin embargo hoy en día, en nuestro contexto, es difícil imaginar cómo conseguir amortizar esta inversión. Siempre queda la opción de meter los datos desde el archivo .idf y el pluging de Sketch Up, ambos programas libres. Pero una vez que pruebas Design Builder se te quitan las ganas, la verdad. Aún así quería compartir con vosotros mis impresiones sobre esta estupenda herramienta. ¿Qué os parece?

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