¿Te has preguntado alguna vez cómo se diseñan los edificios más modernos y eficientes energéticamente? El modelado energético es la respuesta. En este artículo te explicamos todo lo que necesitas saber sobre qué es el modelado energético y por qué es tan importante para mejorar la sostenibilidad de los edificios y reducir su impacto ambiental. Descubre cómo esta herramienta puede ayudarte a ahorrar energía y dinero a largo plazo. ¡No te lo pierdas!
El modelado energético es una frase común en las conversaciones sobre sostenibilidad y energía limpia. Sin embargo, muchas personas necesitan ayuda para comprender el concepto, ya que es complejo. Entonces, ¿de qué se trata el modelado energético?
El modelado energético analiza el consumo de energía de un edificio mediante la recopilación de datos relevantes y su introducción en el software de simulación. Después de procesar los datos, el software predice el consumo de energía y destaca las oportunidades de optimización.
Siga leyendo para comprender cómo funciona el modelado energético, por qué debería hacerlo y cuánto cuesta.
¿Qué es el modelado energético?
Probablemente haya oído hablar del modelado de energía si está interesado en el diseño de edificios o HVAC, prácticas de sostenibilidad, certificaciones ecológicas y otros temas similares.
Este concepto relativamente nuevo es una mejora significativa en la industria energética, pero ¿cómo funciona exactamente?
El modelado de energía significa simular el uso de energía de un edificio o sistema HVAC con software que analiza múltiples aspectos del sistema energético y genera información crucial para optimizar edificios nuevos y existentes.
Los modelos de energía permiten a los ingenieros y contratistas comparar el consumo de energía en diferentes escenarios con datos generados por software.
Eso ayuda reducir los costos de construcción y operación para nuevos edificios y mejorar la eficiencia y sostenibilidad de los edificios existentes.
Cómo funciona el modelado de energía
El software necesita información para generar resultados, que generalmente incluyen una gran cantidad de información sobre un edificio y sus requisitos de energía, que incluyen:
- geometría del edificio
- Materiales de construcción
- Calefacción y aire acondicionado
- Calentador de agua
- Encendiendo
- Configuraciones de sistemas de energía renovable
- Ajustes del termostato
- Uso del edificio
- Horario de ocupación
El software aplicará ecuaciones complejas a la información anterior y tendrá en cuenta factores como el tiempo y el clima de un lugar.
A continuación, el software muestra resultados completos y detallados que describen uso y costos de energiacargas térmicas y estrategias para el máximo confort de los ocupantes.
¿Qué tan precisos son los modelos?
Dada la naturaleza integral de los datos de entrada y la complejidad del procesamiento realizado en los datos, los modelos de energía generalmente se consideran muy precisos.
Sin embargo, como con todos los modelos predictivos, siempre hay un pequeño margen de error, que es algo a tener en cuenta.
Por ejemplo, un edificio puede usarse para fines diferentes a los previstos, el material de construcción puede cambiarse en el último minuto o los patrones climáticos se desviarán de la predicción.
Modelos energéticos que confiar en el aprendizaje automático tienen un grado aún mayor de precisión, con el uso de energía previsto que se desvía del uso de energía real en 0,01 – 6,16 por ciento!
Para comprender mejor este rango, una desviación del 6,16 por ciento es donde el consumo de energía previsto en kilovatios-hora (KWh) es 1734 en comparación con un consumo real de 1633.
Con tanta precisión, estos modelos son útiles.
¿Cuál es el propósito del modelado energético?
El propósito del modelado de energía es brindarle información precisa sobre la eficiencia energética de un edificio, su costo y el impacto ambiental mediante la creación de una simulación de software del uso de energía de un edificio.
El software genera datos para construir viviendas eficientes y sostenibles.
Además, el modelado ayuda a optimizar el uso de energía a mayor escala. Informa los programas de eficiencia energética y las políticas de sostenibilidad.
Nuestro propio modelo de energía solar doméstica Netzero
Cuando me dispuse a intentar crear el hogar netzero más asequible que pudiera, encontré un modelador de energía independiente en Upwork de todos los lugares. Hicieron un trabajo increíble también.
El objetivo de la casa era averiguar aproximadamente qué kWh (uso de energía eléctrica) usaría la casa de diseño final, dada la exposición de la casa al sol específicamente en Cape Coral, Florida, donde estaba ubicada. El ingeniero ejecutó todo tipo de números y hay toneladas de variables involucradas. Estos pueden incluir:
- Cantidad de sol al año
- Metros cuadrados de la casa
- Supuestos mecánicos para calentamiento de agua, HVAC y otros
- Área de superficie de las ventanas de vidrio frente a las paredes (las ventanas son increíblemente ineficientes y dejan entrar mucho calor)
- Temperatura ambiente del agua entrante de la ciudad
- Valores R de todo el aislamiento en techos, paredes y potencialmente en el piso.
- Mucho más..
Aquí hay algunas fotos del modelado de energía que hizo también. Puede ver el sistema solar simulado y la dirección del sol modelada a lo largo del año:
Niveles de modelado de energía
Hay niveles para el modelado de energía. No todos los proyectos necesitan un modelo energético extremadamente detallado que tarde semanas en completarse.
Puede elegir uno de los tres niveles de modelado según lo que desee y cuánto esté dispuesto a gastar.
Nivel 1
Este es un nivel básico de modelado que toma tres o cuatro dias y cuesta lo mínimo.
Por lo general, este modelado de energía es útil durante la fase inicial de diseño y para estimar un aspecto particular del edificio en lugar de la estructura completa.
Los modelos de energía de este nivel requieren la menor cantidad de datos de entrada.
Nivel 2
Este nivel de modelado se utiliza para analizar el uso de energía de edificios y sistemas y su impacto. Requiere información detallada sobre el edificio e información sobre los patrones climáticos anuales.
Como resultado, se necesita hasta dos semanas para completar y cuesta más.
Nivel 3
El nivel más avanzado de modelado también se denomina 8760 modeladollamado así por el número total de horas en un año.
El modelado energético de esta escala utiliza datos muy detallados de un año sobre los materiales de construcción, los componentes, la ocupación y el propósito de uso, así como información sobre los patrones climáticos.
Se necesita hasta un mes y tiene el costo más alto.
¿Cuánto cuesta el modelado de energía?
No es fácil determinar el costo del modelado energético porque una gran parte del costo depende del tipo y tamaño del edificio que se está modelando y del nivel de modelado energético.
Un modelo energético básico para un edificio pequeño puede cuesta alrededor de $ 2,500. Por otro lado, las estructuras masivas con muchos más factores a tener en cuenta y datos para ingresar al software pueden costar hasta $200,000.
Si bien el costo del modelado puede parecer demasiado alto, los conocimientos resultantes pueden ahorrar dinero a largo plazo.
Los estudios han demostrado que la recuperación típica del modelado de energía es solo un par de meses.
Los resultados del modelado energético marcan una diferencia significativa en cómo se mantiene y gestiona el edificio, ahorrando energía y asegurando la comodidad de los ocupantes.
Pagar $ 200,000 puede parecer extremo para la mayoría de nosotros, pero considerando el uso de energía de los grandes edificios, es solo un pequeño porcentaje del costo de energía típico.
¿Qué es una arquitectura de modelo energético?
Una arquitectura de modelo de energía es el enfoque de diseño que utilizan los científicos de datos cuando analizan el consumo de energía en un edificio. Un modelo energético puede ser de caja negra, caja gris o caja blanca dependiendo de los datos.
Aquí están las tres arquitecturas del modelo de energía.
- Caja blanca. Esta arquitectura utiliza ecuaciones físicas complejas para determinar los requisitos energéticos de un edificio y no necesita datos históricos. Es muy preciso. Sin embargo, utiliza un proceso complejo y lleva mucho tiempo. Dado que se basa en las cualidades físicas de un edificio en lugar de datos históricos, puede predecir los requisitos energéticos de un edificio que aún no se ha construido.
- Caja negra. Este enfoque se basa en los datos históricos de consumo de energía de un edificio para predecir el consumo de energía futuro y analizar el impacto de las medidas de eficiencia energética. Utiliza técnicas de aprendizaje automático como redes neuronales para procesar datos históricos y generar modelos predictivos.
- caja gris. Esta arquitectura combina ecuaciones físicas simplificadas con algunos datos históricos. Simplificar el cálculo significa que se necesita menos tiempo pero reduce la precisión, lo que los analistas compensan incorporando datos históricos. Este enfoque es muy adecuado para la estimación y optimización de la carga de edificios.
Si bien es tentador concluir que una arquitectura es mejor que otra, las tres arquitecturas son útiles en diferentes situaciones.
Si tiene muchos datos históricos sobre el uso de energía de un edificio y desea optimizarlo, el enfoque de caja negra le conviene más.
Por el contrario, el enfoque de caja blanca es el camino a seguir si necesita más datos históricos.
A veces, los enfoques se utilizan en tándem. Por ejemplo, un analista podría querer averiguar por qué el consumo de energía difiere del consumo esperado según las propiedades físicas del edificio.
Modelado Energético en Arquitectura
Hoy en día, cuando los arquitectos diseñan edificios, deben considerar el rendimiento energético y el impacto ambiental del edificio. Esto no es facil.
El modelado energético simplifica el trabajo de los arquitectos al permitirles incorporar la eficiencia energética en el diseño de nuevos edificios.
Si bien es cierto que los modelos generados por software son relativamente creativamente poco inspiradordejan espacio para que el arquitecto ponga su toque artístico.
¿Para qué más se utiliza el modelado energético?
El diseño arquitectónico no es el único campo donde el modelado energético es aplicable o necesario. Varias otras áreas requieren modelado de energía para una mejor planificación, diseño y comprensión de la eficiencia de los sistemas.
Aquí hay una descripción general.
- Calificaciones de desempeño y certificaciones de edificios: Las empresas especializadas en calificar el rendimiento de los edificios o en otorgar certificaciones ecológicas pueden utilizar modelos energéticos para evaluar diferentes aspectos del edificio.
- Diseño de sistemas HVAC: Los ingenieros que diseñan sistemas HVAC utilizan modelos de energía para crear estrategias eficientes de diseño y operación para sistemas complejos.
- Análisis de stock de edificios: El modelado energético ayuda a analizar modelos y estrategias, proporcionando información valiosa para estrategias de renovación efectivas y programas de eficiencia.
¿Cómo puedo aprender a modelar la energía?
Como puedes imaginar, el modelado energético es complejo y requiere un amplio conocimiento en diferentes campos.
Sin embargo, supongamos que tiene algún conocimiento previo de la física de la construcción. En ese caso, puedes asistir a cursos especiales que te enseñen cómo hacer modelos de energía.
Además de algunas calificaciones básicas, también debe saber cómo usar diferentes software de simulación de energía.
Puede aprender a modelar energía a través de varios programas en línea y en persona que enseñan metodología de modelado. El curso típico dura seis horas. Los programas tienen como objetivo prepararlo para usar el modelado en entornos en tiempo real.
¿Qué es el software de simulación de energía?
El software de simulación de energía es la herramienta principal en el modelado de energía. El software procesa datos de entrada sobre el uso de energía de un edificio para predecir patrones de consumo de energía e identificar brechas de optimización.
El resultado del software de simulación de energía incluye predicciones de varios aspectos clave del sistema de energía de un edificio, que incluyen:
- Emisiones anuales de carbono
- Consumo anual de energía
- Coste energético anual
- Facturas mensuales de energía
- Diferentes estrategias de eficiencia
- Comparación de opciones de eficiencia
- Recuperación del ciclo de vida
Obtendrá solo algunos tipos de datos del software de simulación de energía. Los diferentes tipos de software pueden proporcionar más o menos datos según la profundidad de su análisis.
¿Qué proyectos son los más adecuados para el modelado energético?
Técnicamente, cualquier proyecto puede ser objeto de modelado energético si se proporcionan los datos requeridos. Sin embargo, no todos los proyectos pueden beneficiarse de esta herramienta.
Los edificios existentes sin planes de remodelación o expansión tienen muy pocas formas de aplicar los conocimientos de modelado de energía.
Por otro lado, los edificios que están siendo renovado o ampliado y las que están por construirse tienen mucho más que sacar provecho del modelado.
La información y las estrategias de diseño que esta herramienta proporciona a los arquitectos e ingenieros pueden aumentar la eficiencia y el confort de cualquier edificio.
Conclusión
El modelado energético es una herramienta que garantiza que los edificios o sistemas nuevos y existentes funcionen de la manera más eficiente posible al tiempo que brindan el máximo confort a sus ocupantes.
El modelado se utiliza en varios campos, incluido el diseño arquitectónico, el diseño y la producción de HVAC, la certificación de edificios y más.
El proceso utiliza un software de simulación que recibe diferentes tipos de información sobre el edificio, su propósito e incluso los patrones climáticos locales y luego brinda predicciones y estrategias de consumo de energía.
Según la complejidad del análisis y el tamaño del edificio, puede llevar de unos días a unas pocas semanas.
Fuentes
Science Direct: un modelo de predicción del consumo de energía en edificios basado en la teoría de conjuntos aproximados y algoritmos de aprendizaje profundo | Departamento de Energía: La recuperación sorprendentemente breve de los modelos energéticos | Gestión prospectiva: modelado energético de edificios | GoldSim: Introducción al software de simulación | Hogar Alcanzable: Subsidios para Hogares Net Zero – Programas de Eficiencia Energética del Gobierno | AIA: Guía del arquitecto para integrar el modelado energético en el proceso de diseño | Departamento de Energía: Building Energy Modeling 101: Caso de uso de diseño arquitectónico | Modelos energéticos: ¿Qué es el modelado energético y la simulación de edificios? | Hogar asequible: ¿Vale la pena la certificación Energy Star para su hogar? | Greensleeves Technologies Corp: modelo de energía 8760 | Gresham Smith: Diseño basado en datos: los beneficios del modelado energético de edificios | Construcción 21: El papel del modelado energético en el diseño sostenible | ACS Reino Unido: ¿Qué es HVAC y en qué se diferencia del aire acondicionado?
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