DATOS Y PARÁMETROS

DesignBuilder te permite manejar la información relacionada con las características del edificio en forma ágil, mediante el uso de bibliotecas y plantillas de datos. Las bibliotecas almacenan información sobre componentes particulares del edificio: materiales, muros, techos, ventanas, dispositivos de sombreado, entre muchos otros. Las plantillas de datos, por otra parte, son paquetes de información organizados en seis campos principales: datos del sitio, actividades, construcción, aberturas, iluminación y sistemas de climatización. Gran parte de la información contenida en las plantillas proviene de las bibliotecas.

El programa incluye una gran cantidad de bibliotecas y plantillas de datos, de las cuales puedes elegir para definir los parámetros de los modelos. Lo más importante, sin embargo, es que también te permite crear tus propias bibliotecas y plantillas, con información acorde a cada país o región. Como ejemplo, en las siguientes tres imágenes puedes apreciar las ventanas correspondientes al editor de componentes constructivos. En la primera ventana se define el espesor y el material de cada una de las capas que conforman el componente, en la segunda es posible visualizar su composición y en la tercera se muestran las principales características físicas calculadas por el programa.

       

Al crear un modelo, DesignBuilder te permite definir automáticamente los datos del mismo mediante las plantillas predefinidas. También, una vez creado, es posible hacer cambios globales o específicos a nivel edificio, bloque y zona. También es posible controlar el nivel de detalle de cada modelo, lo que hace de DesignBuilder una herramienta útil en cualquier etapa del proceso de diseño o evaluación. En los siguientes párrafos haremos una descripción general de los parámetros que puedes asignar a cada modelo.

Datos del sitio

La primer sección de asignación de datos se refiere a las características del sitio, con la posibilidad de definir:

·  Datos de ubicación: latitud, longitud, altura sobre el nivel del mar, zona horaria, entre otros.
·  Características del terreno: material constitutivo (con sus respectivas propiedades térmicas), reflexión superficial, temperaturas medias del suelo para cada mes.
·  Datos climáticos de diseño de calefacción: temperatura exterior, velocidad y dirección del viento.
·  Datos climáticos de diseño de refrigeración: temperaturas de bulbo seco máxima y mínima, temperatura coincidente de bulbo húmedo.

Un aspecto relevante de DesignBuilder es que te permite utilizar archivos de datos climáticos reales, en formato epw, los cuales contienen información sobre las temperaturas exteriores, la radiación solar y las condiciones atmosféricas, entre otros aspectos, para cada hora durante un año completo. Generalmente se trata de archivos con datos típicos derivados de mediciones horarias llevadas a cabo por oficinas de servicios climáticos o por estaciones meteorológicas. Los archivos epw pueden ser generados a partir de otros archivos de datos climáticos, como TMY, TMY2, IWEC, IWEC2, DOE-2, ESP-r y BLAST ASCII, entre otros.

Actividades

En esta sección se definen los parámetros relacionados con el uso del edificio, los cuales juegan un importante papel en lo que se refiere a su desempeño térmico. Entre ellos se encuentran los siguientes:

·  Las actividades que se desarrollan en el edificio y sus correspondientes tasas metabólicas.
·  El factor metabólico, que permite especificar la constitución física de los ocupantes: niños, mujeres, hombres, grupos mixtos.
·  La densidad de ocupación.
·  El grado de arropamiento de las personas al interior del edificio, parámetro que afecta fundamentalmente los índices de confort y disconfort.
·  El índice de consumo de agua caliente por persona y por día.
·  Las temperaturas de termostato, mediante las cuales es posible simular el control de los distintos medios de climatización: sistemas de calefacción y refrigeración, ventilación natural, ventilación mecánica.
·  El ingreso mínimo de aire fresco por persona.
·  Los niveles óptimos de iluminación requeridos en las distintas zonas y espacios del edificio.
·  Los aparatos y equipos usados al interior del edificio, con sus correspondientes aportes térmicos.  

Construcción

La sección de construcción permite especificar la composición de los componentes opacos de la edificación, con sus capas, materiales y espesores. De esta manera el programa calcula las propiedades térmicas de cada componente, incluyendo aspectos como el coeficiente de transmisión térmica (valor U) y los coeficientes de transferencia de calor (convectivo y radiativo). Estas propiedades serán aplicadas en los procesos de cálculo y simulación para evaluar el desempeño energético del edificio. Entre los componentes constructivos que DesignBuilder puede simular se encuentran los siguientes:

·  Muros exteriores, interiores (particiones) y semiexpuestos (cuando se encuentran entre un espacio interior y otro semiexterior).
·  Techos planos e inclinados.
·  Puertas exteriores e interiores.
·  Suelos, entrepisos y pisos exteriores (por ejemplo cuando una parte de un entrepiso queda en voladizo sobre el espacio exterior).
·  Cielorrasos y pisos suspendidos.
·  Superficies alternas en muros, particiones y techos (las superficies alternas expresan partes de estos elementos en las cuales los materiales son diferentes a los asignados).
·  Componentes que aportan masa térmica interna.

Al mismo tiempo es posible definir las condiciones de adyacencia de los componentes constructivos, con el objeto de establecer la manera en que se dan los flujos de calor:

·  No adyacente al terreno: componentes que se ubican entre una zona interior y el espacio exterior, o entre dos zonas con comportamiento térmico distinto.
·  Adyacente al terreno: componentes que están directamente en contacto con el terreno, estableciendo intercambios de calor con éste.
·  Adiabático: componentes que se ubican entre dos zonas con características térmicas muy similares, de tal manera que no se consideran flujos de calor entre ellas. En este caso la masa térmica sí se considera en los procesos de cálculo.

Finalmente es factible establecer los índices de infiltración de aire a través de los componentes constructivos, ya sea mediante la definición del grado de resistencia a la infiltración (cuando la ventilación es calculada por el programa), o indicando el número de cambios de aire por hora debidos a este factor (cuando la ventilación se maneja por medio de cédula).  

Aberturas

En la sección de aberturas se establecen las características detalladas de las ventanas y superficies vidriadas incluidas en el modelo virtual, las cuales pueden ubicarse en muros exteriores, particiones y cubiertas:

·  Vidrio: tipo de vidrio (claro, reflectivo, absortivo), espesores, número de hojas, contenido de las cámaras (aire, gas argón, gas criptón).
·  Marcos y divisores: materiales, dimensiones, ubicación respecto al grosor del muro, numero de divisores horizontales y verticales, entre otras características.
·  Sombreado: se pueden incluir diversos dispositivos de protección solar, ya sea integrados en las ventanas (persianas, pantallas, cortinas, sistemas electrocrómicos), o en forma de dispositivos arquitectónicos (persianas, salientes). En el caso de los primeros es posible controlar su operación mediante parámetros como la temporada del año, la temperatura, la radiación solar o el nivel de iluminación.
·  Operación: es posible definir el porcentaje de la superficie de las ventanas que se considera abierta para permitir la ventilación natural, así como los periodos en los que esto sucede. Los periodos de operación se controlan mediante cédulas ajustables.

También es posible indicar en esta sección la operación de puertas y ventilas, mediante cedulas en las cuales se establecen los periodos en los que se consideran activas. 

Iluminación

DesignBuilder te permite definir parámetros relacionados con la iluminación artificial del edificio, lo cual es de gran utilidad para estimar los aportes caloríficos resultantes, así como el consumo energético derivado de este concepto.

Se tienen dos opciones para definir la iluminación artificial: general y de escritorio. Ambas opciones pueden utilizarse por separado o al mismo tiempo, con la posibilidad de indicar:

·  El tipo de luminarias empleadas: fluorescentes, incandescentes, de alta intensidad.
·  La situación de las luminarias (solo iluminación general): suspendidas, adosadas, empotradas.
·  Los índices de aporte calorífico.
·  Cédula de operación, para indicar en que periodos se considera activa la iluminación general.

También es posible simular diversos mecanismos virtuales de control de la iluminación. Estos toman en cuenta la disponibilidad de luz natural, así como los niveles óptimos de iluminación establecidos, para activar la iluminación artificial. De esta manera es posible evaluar el desempeño lumínico de los edificios, estimando el potencial de ahorro de energía mediante el aprovechamiento de la luz natural.

HVAC (Calefacción, ventilación y aire acondicionado)

Ventilación natural

Una de las características más importantes de DesignBuilder es su capacidad de incluir la ventilación natural como un recurso para climatizar los edificios, lo cual representa un aporte fundamental si se busca hacer más eficiente su desempeño térmico y reducir el gasto energético. El programa ofrece dos maneras de incluir la ventilación natural:

·  Cédula: la ventilación natural es predefinida mediante tasas de cambios de aire por hora y cédulas de operación, parámetros que pueden variar para cada zona del edificio.
·  Calculada: la ventilación natural es calculada a partir de la presión del viento, la ubicación y medidas de las aberturas (ventanas, puertas y ventilas), la operación de estas últimas y la infiltración, entre otros parámetros. También es posible controlar la activación de la ventilación natural tomando como parámetro de referencia la temperatura en el interior del edificio (ver Actividades).

Sistemas de climatización artificial

Es posible, con DesignBuilder, modelar diversos sistemas de climatización artificial, los cuales son incluidos en los procesos de cálculo y simulación. Entre los sistemas incluidos se encuentran los siguientes:

·  Sistemas VAV (Volumen variable de aire).
·  Sistemas de volumen constante.
·  Sistemas divididos (Split).
·  Sistemas con bomba de calor.
·  Unidades Fan Coil.
·  Unidades paquete.
·  Radiadores de agua caliente.
·  Sistemas de piso radiante.
·  Calentadores radiantes de alta temperatura.

Ahora bien, el programa ofrece dos maneras de modelar dichos sistemas: descripción simple y descripción compacta. A continuación se describen los principales parámetros que es posible manejar con ambos modos.

Descripción simple

La descripción simple representa la manera más sencilla de modelar los sistemas de climatización artificial, estableciendo solo unos cuantos parámetros:

·  La energía auxiliar consumida por ventiladores, bombas y otros mecanismos complementarios.
·  Sistema de ventilación mecánica: forma de establecer el flujo de aire (cambios de aire por hora, aire fresco mínimo por persona), operación (cédula), características y eficiencia de los ventiladores.
·  Sistema de calefacción: combustible empleado, coeficiente de desempeño del sistema general, tipo de sistema (convectivo, radiante/convectivo), operación (cédula).
·  Sistema de refrigeración: combustible empleado, coeficiente de desempeño del sistema general, operación (cédula).

Descripción compacta

Las descripciones compactas de sistemas HVAC de EnergyPlus, habilitadas también en DesignBuilder, permiten acceder al análisis detallado de tres tipos básicos de sistemas de climatización artificial, sin la necesidad de especificar redes de distribución:

·  Unitario zona única: modela sistemas de aire acondicionado “de ventana”, o cualquier otro sistema que no use ductos de distribución de aire.
·  Unitario multizona: modela sistemas de aire acondicionado de volumen constante.
·  VAV: modela sistemas de aire acondicionado con volumen variable de aire. 

Además de los parámetros incluidos en la opción de descripción simple, la descripción compacta de los sistemas unitarios de zona única y multizona incluye:

·  Modo de operación del sistema de ventilación mecánica (continuo, cíclico).
·  Economizador: tipo de funcionamiento, límites superior e inferior de temperatura, límite superior de entalpía, tasa mínima de flujo de aire exterior.
·  Sistema de recuperación de calor: tipo de sistema (sensible, entalpía), efectividad de recuperación de calor sensible y latente.
·  Coeficiente de desempeño del calentador, y pérdida de energía por distribución, en el sistema de calefacción.
·  Coeficiente de desempeño del enfriador, y pérdida de energía por distribución, en el sistema de refrigeración. 

Cuando se usa la descripción compacta VAV, es posible definir con mayor detalle:

·  La forma de control de la tasa mínima de flujo de aire exterior y la fracción mínima de flujo de aire en el sistema de ventilación mecánica.
·  El modelado opcional de diferentes tipos de coils de calentamiento central, de precalentamiento, y de recalentamiento, incluyendo su operación, en el sistema de calefacción. 
·  El tipo de condensador (enfriado por aire, enfriado por agua o evaporativo) y la temperatura preestablecida del coil de enfriamiento en el sistema de refrigeración.

Agua caliente sanitaria

DesignBuilder permite modelar sistemas de generación y abasto de agua caliente sanitaria (ACS). Cuando esta opción se habilita, es posible definir los siguientes parámetros:

·  Tipo de calentador de agua y combustible empleado.
·  Temperaturas del agua, de entrega y suministro.
·  Operación (cédula).

En la sección de actividades se define el índice de consumo de agua caliente por persona y por día, parámetro que el programa emplea para estimar el gasto energético correspondiente.

Distribución de la temperatura del aire

Por sistema, DesignBuilder asume que la temperatura del aire en el interior de una zona es totalmente uniforme. Sin embargo, también permite establecer gradientes verticales de temperatura que varían dinámicamente, dependiendo de:

·  La temperatura exterior.
·  La temperatura interior.
·  La diferencia entre las temperaturas exterior e interior.
·  La carga de calefacción.
·  La carga de refrigeración.