L’Eina Unificada LIDER CALENER (HULC) és eina informàtica que permet la verificació de les exigències 2.2.1 de la secció HE0, 2.2.1.1 i punt 2 de l’apartat 2.2.2.1 de la secció HE1 del Document Bàsic d’Estalvi d’Energia DB-HE del CTE. També permet la verificació de l’apartat 2.2.2 de la secció HE0 que ha de verificar-se, tal i com estableix el propi DB-HE, segons el procediment bàsic per la certificació energètica d’edificis.
Bàsicament aquest programa de simulació té dos objectius: LIDER intenta limitar la demanda d’energia de l’edifici, mentre que CALENER quantifica el consum d’energia final anual, per així poder generar l’etiqueta del certificat energètic de l’edifici en qüestió.
Però el potencial d’aquest programa va molt més enllà, ja que permet obtenir i visualitzar les dades detallades de tot el càlcul de simulació. eQuest és un software que permet visualitzar totes les variables de resultats del programa, donant-nos moltíssima informació sobre els consums, demandes energètiques, etc. del nostre edifici.
Simulació tèrmica d’edificis
Es tracta d’estimar el comportament tèrmic de les diferents zones que conformen l’edifici i les prestacions que estan donant les màquines en les condicions de treball puntuals en cada instant de temps, amb el fi d’integrar-les durant el període de temps simulat.
En principi els objectius perseguits poden ser varis, el més evident és potser estimar els consums d’energia i la producció associada de CO2 que comporta, però poden abastar altres molt diferents, com analitzar diferents estratègies de control, analitzar diferents comportaments de màquines o sistemes de climatització, observar l’evolució de temperatures o humitats relatives en les diferents zones que conformen l’edifici, etc.
[[{"type":"media","view_mode":"media_large","fid":"1809","attributes":{"alt":"","class":"media-image","typeof":"foaf:Image"}}]]
La demanda de cada una de les contribucions és molt variable en el temps i depèn de les condicions ambientals o zona climàtica, del tipus d’edifici i les seves característiques tèrmiques, així com de l’ús i control que s’estableixi. A més a més s’ha d’afegir el concepte d’inèrcia tèrmica, és a dir, la velocitat amb la qual qualsevol variació de les condicions ambientals, ús o control produeix sobre les condicions tèrmiques interiors de la zona i per tant sobre la seva demanda. Aquesta inèrcia no és mai menyspreable, i això comporta la necessitat de la simulació tèrmica per aproximar-nos de manera fiable a la demanda real. És a dir, no és possible l’ús de programes de càlcul que utilitzen procediments estacionaris per establir amb rigor la demanda energètica d’un edifici (sobretot en el cas de refrigeració o quan les condicions ambientals oscil·len sobre la temperatura de consigna de les instal·lacions, com és el cas).
A més a més, els equips varien les seves prestacions (rendiment, EER, COP, potència útil, etc.) amb les condicions ambientals i amb la proporció de càrrega que compensen en un cert instant sobre les seves prestacions nominals (càrrega parcial), per tant, igualment un procediment estacionari (d’acord amb rendiments estacionals) només produeix una aproximació al valor del consum real.
Motor de càlcul. Funcionament i simulació
El motor de càlcul de HULC és DOE-2.2, un dels programes d’anàlisi energètic de major prestigi mundial. Aquest motor de càlcul realitza les operacions de simulació necessàries per a l’obtenció de les emissions de CO2 associades als diferents conceptes de consum presents a l’edifici.
El programa calcula les components sensible i latent de les càrregues de calefacció i refrigeració per cada un dels espais que conformen l’edifici, suposant que aquests es mantenen a temperatura constant.
Es tracta doncs d’un programa de càlcul de càrregues que té en compte el clima, l’ocupació, l’enllumenat, els equips, la infiltració, la transferència de calor pels tancaments opacs i semitransparents i les ombres que afecten l’edifici.
Posteriorment, el subprograma de simulació de sistemes, calcula el funcionament dels equips del costat de l’aire, és a dir, ventiladors, bateries i conductes. Corregeix les càrregues calculades a temperatura constant pel subprograma càrregues, tenint en compte les necessitats de ventilació, els períodes de funcionament, les estratègies de control dels equips i les consignes dels termòstats. Les sortides fonamentals del subprograma de simulació són els cabals d’aire i les càrregues sobre les bateries.
El programa simula llavors el comportament dels equips primaris (calderes, plantes refredadores, torres de refredament, etc.) que són els elements que satisfan les càrregues sobre les bateries de calor i fred del subsistema secundari. Té en compte la variació del funcionament dels equips primaris amb les condicions d’operació i la càrrega parcial, per calcular el consum de combustible i electricitat de l’edifici.
Equips i corbes de funcionament dels equips i de les instal·lacions
El programa utilitza base de dades reconegudes i molt contrastades amb una gran fiabilitat. A més a més, permet definir les corbes de comportament dels components de les instal·lacions, podent simular així el comportament dels equips de climatització en condicions diferents de les nominals i, per tant, el càlcul del consum necessari per satisfer una demanda donada.
Patrons horaris de funcionament
La base de dades incorpora els horaris de funcionament més habituals, en relació amb el tipus d’activitat de l’edifici (oficines, hospitals, escoles, etc.) pels següents conceptes:
- Ocupació
- Enllumenat
- Equips elèctrics
- Ventilació
- Horaris de funcionament dels equips d’acondicionament.
Característiques funcionals i ocupacionals
Quan l’usuari defineix cada un dels espais que conformen l’edifici existeix un grup de propietats en cada un d’aquests espais que estan destinades a la definició de les fonts internes presents en aquest espai. Així, l’usuari ha d’introduir:
- El nivell d’ocupació de l’espai i la seva variació temporal: es pot així especificar quants ocupants hi ha en cada moment a l’espai, permetent especificar la calor latent i sensible emès per cada ocupant, ja que segons quina sigui l’activitat que es desenvolupa en aquell espai, variarà la seva generació de calor. Per exemple, no genera la mateixa calor un oficinista en la seva ocupació que un esportista realitzant bicicleta en un gimnàs.
- La calor generada per les fonts internes presents a cada espai i la seva variació temporal: es pot així especificar la quantitat de calor que afegeix cada equip, per exemple, ordinadors i fotocopiadores.
És important que aquestes quantitats s’ajustin el màxim possible a la realitat, ja que els consums dels sistemes de calefacció i refrigeració presents a l’edifici depenen molt d’elles.
Enllumenat natural
Els factors d’enllumenat natural depenen del tamany de la finestra, de la seva orientació, de la transmissivitat del vidre enfront a la radiació visible, de la reflectivitat de les superfícies interiors de l’espai, de dispositius d’ombra sortints i voladissos, i de la quantitat de radiació solar directa i difusa. Aquesta última quantitat depèn de la posició del sol i de la nuvolositat que existeixi al cel. El programa realitza els càlculs amb cels clars i ennuvolats per vint altituds i azimuts solars diferents per donar aquesta acurada aproximació a la realitat.
Durant la simulació horària, el software calcula la il·luminació natural de forma horària, i es determina la contribució a la il·luminació de cada finestra interpolant entre tots els factors d’il·luminació que afecten.
CONCLUSIONS
Els programes de simulació energètica són unes eines molt potents de càlcul per a poder estudiar els edificis i el seu comportament energètic i poder aproximar-lo a les situacions reals que podrà tenir de funcionament. Saber treballar de manera adequada amb aquests programes ens dóna molta informació útil per a poder entendre com el funcionament energètic de l’edifici.
El consum energètic és una variable molt important a l’hora de dissenyar un edifici, i poder estudiar en la màxima profunditat possible tot el seu contingut ens desplegarà tot un ventall d’anàlisi energètic molt important sobre l’edifici per a poder optimitzar-lo en tots els aspectes necessaris.
HULC i eQUEST són dues de les eines informàtiques gratuïtes que permeten realitzar aquesta simulació horària dels edificis, les quals utilitzen motors de càlcul de referència mundial en simulació energètica. Per tant, hem d’invitar a tots els tècnics que es dediquin en aquest preciós camp de l’enginyeria, com és la consultoria energètica, a treballar de manera conscient i detallada amb aquests tipus de programes.
