Aplicación de la herramienta computacional eQUEST en la simulación de medidas de eficiencia energética aplicables al sector de la construcción de edificaciones en Colombia - caso de estudio-edificio residencial en Barranquilla

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(1)Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Universidad de los Andes Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental. APLICACIÓN DE LA HERRAMIENTA COMPUTACIONAL eQUEST EN LA SIMULACIÓN DE MEDIDAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA APLICABLES AL SECTOR DE LA CONSTRUCCION DE EDIFICACIONES EN COLOMBIA: CASO DE ESTUDIO-EDIFICIO RESIDENCIAL EN BARRANQUILLA. Presentado por:. Camilo Vásquez López. Asesor:. Ana Paola Ozuna Giraldo. Bogotá D.C., Junio de 2012 i.

(2) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. RESUMEN El presente trabajo tiene como fin analizar y proponer medidas de eficiencia para obtener un mejor desempeño energético en el área de la construcción de vivienda. Para el efecto se presenta la modelación energética de una vivienda (caso de estudio) estrato 4 en la ciudad de Barranquilla, mediante la utilización de un software llamado eQUEST. La implementación de este programa y su aplicación en el caso de estudio, ilustra su uso básico y a la vez muestra en la práctica su aplicación. Para el logro de lo anterior, el proyecto incluye un documento tutorial, en el cual se explica y detalla algunas de las variables más importantes que incluye el software y la manera como se aplica en el caso de estudio. De otra parte, el trabajo incluye un marco teórico, contextualizando al lector, con la explicación del surgimiento de las herramientas computacionales de modelación energética, la descripción del programa eQUEST y un glosario de términos. La presentación y análisis de resultados, incluye la identificación de medidas de eficiencia energética por medio de la simulación de escenarios o diseños alternativos al propuesto por la línea base del caso de estudio, seguido a esto, se presentan gráficas y tablas comparativas para ilustrar los anteriores resultados. Finalmente, en el capítulo de conclusiones y recomendaciones se evidencia lo propuesto en la investigación a nivel del objetivo general y los específicos y las respuestas a los interrogantes que conforman la hipótesis de esta investigación. En las recomendaciones, se hace un llamado tanto a todos los actores que componen el sector de la construcción, como a cualquier habitante de una vivienda.. Palabras claves: Eficiencia Energética, Diseño Bioclimático, eQUEST®, Sistema de HVAC, Retrofit, Desarrollo Sostenible, Construcción Sostenible. ii.

(3) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. AGRADECIMIENTOS A mis padres y a mi hermano por su permanente apoyo, sin el cual no hubiera podido llegar a cumplir esta meta. A mi asesora de proyecto de grado, Ana Ozuna, por toda la ayuda que me brindó a lo largo de este proyecto. A Eugenia Pieschacón, por su colaboración en la revisión total del documento.. iii.

(4) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. TABLA DE CONTENIDO. RESUMEN ............................................................................................................................................................ii AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................................................ iii 1.. 2.. 3.. INTRODUCCIÓN......................................................................................................................................... 3 1.1.. Antecedentes .................................................................................................................................... 3. 1.2.. Formulación y Delimitación del Problema ........................................................................................ 3. 1.3.. Objetivo General ............................................................................................................................... 4. 1.4.. Objetivos Específicos ........................................................................................................................ 4. 1.5.. Hipótesis de la Investigación ............................................................................................................. 4. 1.6.. Metodología de la investigación ....................................................................................................... 5. 1.7.. Contenido de la investigación ........................................................................................................... 5. MARCO TEÓRICO ...................................................................................................................................... 6 2.1.. Contexto Nacional e Internacional ................................................................................................... 6. 2.2.. Surgimiento de las herramientas computacionales de modelación energética ............................... 7. 2.3.. Descripción de la herramienta computacional eQUEST ................................................................... 7. 2.4.. Glosario ............................................................................................................................................. 8. METODOLOGÍA ....................................................................................................................................... 10 3.1.. Tutorial: Introducción a la Modelación Energética en eQUEST ...................................................... 10. 3.2.. Objetivos del Tutorial ...................................................................................................................... 12. 3.3.. Caso de Estudio: Creación del Modelo por medio del Design Development Wizard ..................... 12. 3.3.1.. Presentación de los parámetros de entrada .......................................................................... 12. 3.3.2.. Procedimiento paso a paso en eQUEST ................................................................................. 15. A) Inicio del Proyecto .............................................................................................................................. 15 B) Project Site and Data .......................................................................................................................... 17 C) Project Navigator ................................................................................................................................ 23 D) Shell Component ................................................................................................................................ 24 E) Air-side System Types ......................................................................................................................... 46 F) Creación y Visualización 3D del Modelo ............................................................................................. 52 G) Vista en Planta .................................................................................................................................... 52 H) Fachada Principal ............................................................................................................................... 53 I) Fachada Lateral .................................................................................................................................... 53 4.. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS .......................................................................................... 54 iv.

(5) Universidad de los Andes. 4.1.. Resultados de la línea base ............................................................................................................. 54. 4.1.1.. Resultados mensuales ............................................................................................................ 56. 4.1.2.. Resultados anuales ................................................................................................................. 60. 4.2.. 5.. IAMB 201210 32. Medidas de eficiencia energética ................................................................................................... 62. 4.2.1.. Escenario alternativo 1: orientación ...................................................................................... 67. 4.2.2.. Escenario alternativo 2: Iluminación ...................................................................................... 70. 4.2.3.. Escenario alternativo 3: a) tipo de vidrio b) aleros ................................................................ 73. 4.2.4.. Escenario alternativo 4: Electrodomésticos ........................................................................... 76. 4.2.5.. Escenario alternativo final: recopilación de medidas de eficiencia ....................................... 79. CONCLUSIONES ....................................................................................................................................... 83 5.1.. Tipo Cuantitativo ............................................................................................................................. 83. 5.2.. Tipo Cualitativo ............................................................................................................................... 84. 6.. RECOMENDACIONES ............................................................................................................................... 85. 7.. BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................................................................... 86. v.

(6) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. LISTA DE TABLAS. Tabla 1. Información general del proyecto ...................................................................................................... 13 Tabla 2. Información general de cada apartamento ........................................................................................ 13 Tabla 3. Información acerca de la configuración de cada apartamento .......................................................... 13 Tabla 4. Información acerca de la infraestructura de servicios en cada apartamento .................................... 14 Tabla 5. Consumos de electricidad y gas natural para una vivienda estrato 4 en Barranquilla ....................... 14 Tabla 6. Cálculos correspondientes al área por piso, por apartamento y del edificio ..................................... 25 Tabla 7. Tamaño de las ventanas para el modelo del caso de estudio ............................................................ 34 Tabla 8. Cálculos para la determinación del porcentaje del área total que pertenece a cada categoría ........ 37 Tabla 9. Consumos mensuales de electricidad por cada componente para la línea base ............................... 57 Tabla 10. Consumos mensuales de gas natural por cada componente para la línea base .............................. 57 Tabla 11. Consumo de electricidad anual por apartamento y para la totalidad de la edificación ................... 58 Tabla 12. Consumo de gas natural anual por apartamento y para la totalidad de la edificación .................... 58 Tabla 13. Costos mensuales y anuales en USD y COP para el edificio y por apartamento .............................. 59 Tabla 14. Tabla comparativa: reducción en consumo y emisiones de CO 2 para los distintos escenarios ........ 69 Tabla 15. Especificaciones de potencia para distintos tipos de bombillos ...................................................... 70 Tabla 16. Tabla comparativa: reducción en consumo y emisiones de CO 2 para los distintos escenarios ........ 73 Tabla 17. Tabla comparativa: reducción en consumo y emisiones de CO2 para los distintos escenarios ........ 76 Tabla 18. Tabla comparativa: reducción en consumo y emisiones de CO 2 para ambos escenarios ................ 79 Tabla 19. Tabla comparativa: reducción en consumo y emisiones de CO 2 ambos escenarios ........................ 82. LISTA DE GRÁFICAS Gráfica 1. Consumos mensuales de electricidad y gas natural para la línea base ........................................... 56 Gráfica 2. Costos asociados al consumo de electricidad y gas natural con tarifas reales investigadas para Barranquilla ...................................................................................................................................................... 59 Gráfica 3. Consumos anuales de electricidad y gas natural por cada componente de la edificación .............. 60 Gráfica 4. Diagrama de barras del consumo de energía anual por cada componente. ................................... 61 Gráfica 5. Perfiles mensuales de carga para el día pico de consumo energético - Primer Semestre ............. 61 Gráfica 6. Perfiles mensuales de carga para el día pico de consumo energético - Segundo Semestre ........... 62 Gráfica 7. Comparación del consumo de electricidad para los distintos escenarios de orientación ............... 67 Gráfica 8. Comparación del costo anual en energía para los distintos escenarios de orientación .................. 68 Gráfica 9. Comparación consumo anual por componente para los distintos escenarios de orientación ........ 69 Gráfica 10. Comparación del consumo de electricidad para los distintos tipos de bombillos ......................... 71 Gráfica 11. Comparación del costo anual en energía para los distintos tipos de bombillos ............................ 72 Gráfica 12. Comparación consumo anual de energía por componente para los distintos tipos de bombillos 72 Gráfica 13. Comparación del consumo de electricidad para vidrio sencillo y vidrio doble + alero ................. 74 Gráfica 14. Comparación del costo anual en energía para vidrio sencillo y vidrio doble + alero .................... 75 Gráfica 15. Comparación consumo anual componente para ambos escenarios ............................................. 75 Gráfica 16. Comparación del consumo de electricidad para los distintos escenarios ..................................... 77 Gráfica 17. Comparación del costo anual en energía para los dos escenarios ................................................ 78 Gráfica 18. Comparación consumo anual de energía por componente para ambos escenarios ..................... 78 vi.

(7) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Gráfica 19. Comparación del consumo mensual de electricidad para la línea base y el conjunto de medidas de eficiencia energética .................................................................................................................................... 80 Gráfica 20. Comparación del costo anual en energía para la línea base y el conjunto de medidas de eficiencia energética ......................................................................................................................................................... 80 Gráfica 21. Comparación consumo anual de energía por componente para la línea base y el conjunto de medidas de eficiencia energética ..................................................................................................................... 81. LISTA DE FIGURAS Figura 1. Iconos de los tres asistentes principales ........................................................................................... 10 Figura 2. Schematic Design Wizard .................................................................................................................. 10 Figura 3. Design Development Wizard ............................................................................................................. 10 Figura 4. Descripciones operacionales del SDW y el DDW ............................................................................... 11 Figura 5. Diagrama de flujo del procedimiento a realizar en eQUEST ............................................................. 12 Figura 6. Distribución de los espacios interiores de los apartamentos del proyecto caso de estudio ............ 15 Figura 7. Ventana para abrir el programa ........................................................................................................ 16 Figura 8. Ventana de inicio en eQUEST ............................................................................................................ 16 Figura 9. Ventana para escoger entre los dos asistentes ................................................................................. 17 Figura 10. Project Site and Data – Pantalla 1 de 7 ........................................................................................... 18 Figura 11. Ubicación del Wizard Screen en la interfaz ..................................................................................... 19 Figura 12. Selección del archivo climático ....................................................................................................... 20 Figura 13. Cargar el archivo climático .............................................................................................................. 20 Figura 14. Definición del número de estaciones climáticas ............................................................................. 21 Figura 15. Tarifa económica de la electricidad para Barranquilla .................................................................... 21 Figura 16. Tarifa económica del gas natural para Barranquilla ........................................................................ 22 Figura 17. Información del Proyecto ................................................................................................................ 23 Figura 18. Interfaz del Project Navigator ......................................................................................................... 23 Figura 19. Información general de la estructura .............................................................................................. 24 Figura 20. Definición de la geometría de la planta del modelo ....................................................................... 26 Figura 21. Definición de la forma de la planta ................................................................................................. 26 Figura 22. Importar archivo CAD ...................................................................................................................... 27 Figura 23. Definición de la planta del edificio a partir del archivo de autoCAD ............................................... 27 Figura 24. Definición de las zonas de la edificación a partir del archivo de autoCAD ...................................... 28 Figura 25. Definición de la forma del techo de la edificación .......................................................................... 28 Figura 26. Definición de los materiales de construcción de la envolvente del edificio.................................... 29 Figura 27. Creación del material de construcción correspondiente a Mampostería Confinada ...................... 29 Figura 28. Definición de las características del material creado ...................................................................... 30 Figura 29. Ventana correspondiente a la envolvente del edificio con el material creado ya asignado ........... 30 Figura 30. Definición de los materiales de construcción de los componentes al interior del edificio ............. 31 Figura 31. Definición del tipo de material y número de puertas en el modelo ............................................... 32 Figura 32. Definición del tipo de material y dimensiones de las ventanas ...................................................... 32 Figura 33. Asistente para la determinación espacial y geométrica especializada de las ventanas .................. 33 Figura 34. Definición de aleros, aletas y persianas en el modelo .................................................................... 34 Figura 35. Definición de claraboyas y componentes que permitan el ingreso de luz por el techo .................. 35 Figura 36. Horario de operaciones de la edificación ........................................................................................ 36 1.

(8) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Figura 37. Definición de las áreas al interior del apartamento ........................................................................ 37 Figura 38. Perfil de uso de la edificación entre semana ................................................................................... 38 Figura 39. Perfil de uso de la edificación para el fin de semana ...................................................................... 39 Figura 40. Definición de zonas climáticas dentro del edificio .......................................................................... 40 Figura 41. Definición de zonas climáticas dentro del edificio .......................................................................... 40 Figura 42. Factores de consumo de energía .................................................................................................... 41 Figura 43. Definición de las cargas debidas a la iluminación interior de la edificación ................................... 42 Figura 44. Definición de las cargas debidas al uso de implementos de cocina (estufa)................................... 43 Figura 45. Definición de las cargas relacionadas con refrigeración en la edificación (nevera) ........................ 44 Figura 46. Definición cargas relacionadas con accesorios misceláneos ........................................................... 45 Figura 47. Project Navigator ............................................................................................................................. 46 Figura 48. Información general del sistema de HVAC ...................................................................................... 47 Figura 49. Asignación de zonas al sistema de HVAC ........................................................................................ 48 Figura 50. Establecimiento de las temperaturas de diseño al interior de la edificación ................................. 48 Figura 51. Determinación del tamaño del sistema de HVAC ........................................................................... 49 Figura 52. Determinación de la potencia de los ventiladores .......................................................................... 50 Figura 53. Determinación de las horas de operación de los ventiladores ....................................................... 51 Figura 54. Definición de las características del sistema de ventiladores. ........................................................ 51 Figura 55. eQUEST cargando el modelo creado ............................................................................................... 52 Figura 57. Vista en planta del edificio caso de estudio en eQUEST ................................................................. 52 Figura 59. Fachada principal del edificio caso de estudio en eQUEST ............................................................. 53 Figura 61. Vista lateral del edificio caso de estudio en eQUEST ...................................................................... 53 Figura 62. Vista general del modelo en eQUEST .............................................................................................. 54 Figura 63. Estado de la interfaz después de haber creado el modelo ............................................................. 55 Figura 64. Ventana después de haber simulado el modelo ............................................................................. 55 Figura 65. Panel de herramientas en eQUEST.................................................................................................. 63 Figura 66. Selección de la categoría de la medida de eficiencia. ..................................................................... 63 Figura 67. Interfaz del asistente Energy Efficiency Measure Wizard (EEMW) ................................................. 64 Figura 68. Interfaz del Project Navigator ......................................................................................................... 65 Figura 69. Pantalla 2:Building Footprint ........................................................................................................... 66 Figura 70. Simulación del programa comparando escenarios ......................................................................... 66. 2.

(9) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. 1. INTRODUCCIÓN En este capítulo se contextualiza el tema a desarrollar en el presente proyecto de investigación el cual incluye los antecedentes del mismo, la formulación y delimitación del problema, el objetivo general, los objetivos específicos, la hipótesis de la investigación y un breve resumen de la metodología utilizada.. 1.1.. ANTECEDENTES. La investigación y el estudio en temas relacionados con la eficiencia energética y el desarrollo sostenible ha demostrado las numerosas maneras con las que ingenieros, arquitectos y demás actores del sector de la construcción podemos plantear parámetros y medidas que contribuyan de manera positiva y contundente con el buen desempeño energético de una edificación. A nivel internacional, doctores como Thianzen Hong PhD., han demostrado que el potencial de ahorros energéticos en una edificación es de cerca del 50% cuando se realiza un diseño energético eficiente de la envolvente, la iluminación y el sistema de HVAC (Heating, Ventilating and Air Conditioning). En su documento de investigación -A close look at the China Design Standards for Energy Efficiency of Public Buildings-, Hong plantea la importancia de establecer estándares de diseño energéticamente eficiente en edificaciones teniendo en cuenta que la demanda de energía para calefacción y aire acondicionado aumentará en la medida en que los niveles de confort por parte de los usuarios sigan aumentando (Hong, 2008). De igual manera, prestigiosos autores internacionales como Joshua Kneifel del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de los Estados Unidos han relacionado estrechamente temas como la reducción de emisiones de carbón y el análisis de costo de ciclo de vida con la implementación de medidas de eficiencia energética. El estudio realizado por Kneifel en -Life-cycle carbon and cost analysis of energy efficiency measures in new commercial buildings- revela que en una muestra de 12 edificios, el 75% de los mismos presentaron una reducción de más del 20% en consumos de energía debido a la aplicación de ciertas medidas de eficiencia energética planteadas por el autor (Kneifel, 2009). Por otra parte, a nivel nacional también se ha presentado interés y disposición por parte de instituciones públicas y privadas en el estudio del estado actual del país, la creación de una línea base y la subsecuente proposición de medidas de eficiencia energética aplicadas al sector de la construcción de vivienda. Tal interés se demuestra con el estudio -Construcción de la curva de abatimiento de gases de efecto invernadero para el sector de vivienda urbana en Colombia-, proyecto liderado por la Universidad de los Andes en conjunto con el Consejo Colombiano de Construcción Sostenible (CCCS).. 1.2.. FORMULACIÓN Y DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA. El incesante consumo de energía por parte de la humanidad es uno de los mayores problemas a los cuales está enfrentada la ingeniería actualmente. Por una parte, el agotamiento de los combustibles fósiles amenaza el desarrollo y crecimiento de la humanidad al igual que su propio consumo genera impactos ambientales considerables en la contaminación atmosférica y en el conocido fenómeno del calentamiento global. Teniendo en cuenta que a nivel global cerca del 40% del consumo de energía y alrededor del 30% del total de las emisiones de gases de efecto invernadero son atribuidos al sector de las viviendas (UNEP, 2009), 3.

(10) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. se origina el cuestionamiento acerca del consumo energético en las edificaciones y de cómo diseñar estos mismos para que presenten un mejor desempeño energético. A partir de estos primeros lineamientos se ha venido proponiendo un extenso conjunto de medidas, herramientas y procedimientos para disminuir la demanda de energía y así mismo utilizar los combustibles fósiles de la manera más eficiente posible. El presente proyecto, se refiere exclusivamente al caso de una edificación en la ciudad de Barranquilla, Colombia.. 1.3.. OBJETIVO GENERAL. El caso de estudio a realizar en el presente documento tiene como objetivo identificar y evaluar medidas de eficiencia energética que se puedan implementar a priori y a posteriori de la construcción de una edificación y que tengan como propósito lograr un mejor desempeño energético por parte de la misma. Estas medidas y propuestas serán evaluadas principalmente en el software para modelación energética de edificaciones eQUEST, el cual será una herramienta primordial para evaluar estas medidas cuantitativa y cualitativamente. Vale la pena anotar que la selección de este software para el presente proyecto, se debió no solo por estar muy bien referenciado, sino además por su amigable interfaz, presentación de resultados gráficamente y por el aspecto económico, (licencia gratis), entre otras.. 1.4.. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. El proyecto a realizar tiene como objetivos principales: •. Emprender una revisión bibliográfica que permita contextualizar y sobre todo informar acerca del panorama general global y de las iniciativas que se llevan a cabo hoy en día en el ámbito de la eficiencia energética en edificaciones. Obtener los conocimientos básicos de la herramienta computacional eQUEST que permitan la elaboración de un modelo real y su subsiguiente análisis por medio de simulaciones. Elaborar un documento tipo Tutorial que permita a cualquier usuario conocer el funcionamiento de la herramienta eQUEST como también su aplicación en modelaciones energéticas de edificaciones. Identificar y evaluar medidas de eficiencia energética aplicables a una edificación en la ciudad de Barranquilla que será tomada como caso de estudio.. •. Elaborar una serie de recomendaciones y reflexiones acerca de los resultados obtenidos en el caso de estudio.. 1.5.. HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN. ¿Cuáles son las medidas de eficiencia que tienen un mayor impacto en el desempeño energético de la edificación caso de estudio?. 4.

(11) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. ¿Qué repercusión tienen los hábitos del usuario, la implementación de nuevas tecnologías, y la gestión de estas mismas en el desempeño energético de una vivienda? ¿Cuál es el grado de disminución en términos de consumo de energía y de emisiones de carbono que se obtiene al aplicar estas medidas de eficiencia energética?. 1.6.. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN. La metodología de este proyecto de investigación se divide en tres partes. Una primera parte donde el autor de este texto realizará un curso de aprendizaje de la herramienta de modelación eQUEST con la empresa Energy-Models.com. La segunda parte del proyecto consiste en la formulación de un texto Tutorial que permite al lector obtener los conocimientos básicos del programa eQUEST como también la familiarización de su interfaz gráfica. La tercera y última parte del proyecto consiste en la construcción de un modelo de una edificación residencial ubicada en la ciudad de Barranquilla que permitirá identificar y evaluar medidas de eficiencia energética simuladas en el programa eQUEST.. 1.7.. CONTENIDO DE LA INVESTIGACIÓN. Esta investigación está conformada por un capitulo introductorio, en el cual se contextualiza al lector presentando los antecedentes, la delimitación del problema, el objetivo general, los objetivos específicos, la hipótesis de la investigación y la metodología abordada. En el segundo capítulo se presenta el marco teórico, en el que se presenta un glosario con definiciones de palabras claves y se definen conceptos generales. En el tercer capítulo se presenta el tutorial para la utilización de eQUEST con la respectiva creación del modelo del caso de estudio y sus correspondientes simulaciones de eficiencia energética. El cuarto capítulo consta del análisis de los resultados obtenidos en las simulaciones. El producto resultante de este análisis permite identificar las medidas que se comprobaron como eficientes energéticamente y el impacto que producen en el consumo energético y en la emisión de gases de efecto invernadero por parte de la edificación del caso de estudio. El capítulo correspondiente a las conclusiones y recomendaciones se enfoca en resaltar los descubrimientos obtenidos en el análisis, que a su vez apuntan al cumplimiento del objetivo general, los objetivos específicos y la hipótesis formulada en la investigación. Las recomendaciones deben entenderse como sugerencias que se consideran viables de realizar y a la vez sirven como retroalimentación para el desarrollo de este proyecto y de otros futuros. Por último, el capítulo dedicado a la bibliografía se encuentra enmarcado dentro de las pautas propuestas por la American Psychological Association (APA). Esta recopilación bibliográfica se realizó de manera responsable y rigurosa.. 5.

(12) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. 2. MARCO TEÓRICO En este capítulo se presentan los conceptos generales que le permiten al lector una contextualización para abordar el tema en cuestión. Dicho marco teórico incluye la presentación de un glosario con la definición de algunas palabras claves relacionadas con el tema, así como también una rigurosa selección bibliográfica la cual permite referirnos a los avances logrados en materia de eficiencia energética de edificaciones, una explicación de cómo surgieron las herramientas computacionales para el modelamiento energético y una descripción del funcionamiento general del programa eQUEST. Igualmente, en este apartado se hace referencia a la posición que tiene Colombia y el mundo frente a problemáticas como el cambio climático, las emisiones de gases de efecto invernadero y el emprendimiento de diseños energéticamente eficientes.. 2.1.. CONTEXTO NACIONAL E INTERNACIONAL. El control ambiental en el país es un asunto de vital importancia y casi que de supervivencia en el largo plazo, es decir, cuando los recursos naturales y el ecosistema se agoten. Muchos estudiosos del tema, se han preocupado por este asunto y son ya varios los trabajos e investigaciones que se han hecho hasta el momento. Para mencionar alguno en el sector de la energía y dentro del territorio nacional, los autores Ernesto Sánchez Triana y Carlos M. Silva, en su obra “Eficiencia energética producción limpia para un desarrollo sostenible”, sostienen por ejemplo, la posibilidad de racionamiento de electricidad ya que según ellos “El mayor porcentaje de los problemas ambientales está relacionado con un deficiente manejo de los recursos energéticos” (Silva Fernández & Sánchez Triana, 1996). Sin embargo, Colombia es consciente de dicha problemática y ha venido trabajando y participando a través de diversas acciones en la mitigación de estos problemas, por ejemplo, en los efectos del cambio climático. Es así como ratificó la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el particular, mediante Ley 164 de 1994 de Kyoto. En este orden de ideas, el Gobierno a través del Ministerio de Ambiente y de Desarrollo Sostenible, ha estado liderando y siguiendo los pasos muy de cerca de la “Estrategia colombiana de desarrollo bajo en carbono”, cuya etapa inicial incluye la curva de costos de abatimiento: energía, residuos, agricultura, etc. y se prevé ampliarla al sector de vivienda. Lo anterior, por supuesto lejos de que agote el tema de las acciones que viene desarrollando nuestro país en esta materia, es tan sólo una fugaz mirada al planeamiento del problema y a una de las tantas acciones que se han tomado al respecto. Dichas acciones no sólo tienen que ver con lo planteado por el Gobierno, sino que tiene que ver con la participación de los demás estamentos de la sociedad, industria, comercio, medios de comunicación y lo más importante con las vivencias y experiencias de cada uno de los ciudadanos. Por otra parte, en Estados Unidos, el tema de la energía, se ha resaltado como uno de los asuntos más significativos e importantes para enfrentar en este siglo XXI. Se sostiene que el 85% de la dependencia asociada a combustibles fósiles actualmente genera emisiones de carbono que han causado el tan mencionado” calentamiento global”, quizás uno de los más severos problemas ambientales del siglo. Se dice que los actuales patrones de consumo de energía no tienen un lineamiento sostenible. Teniendo en cuenta que el uso de energía es completamente necesario para la subsistencia de la humanidad, se debe asegurar la sostenibilidad de este recurso por medio del desarrollo de energías renovables o como es el caso de este documento, proponer medidas de eficiencia que permitan la menor utilización de recursos pero satisfaciendo el mismo fin (Randolph & Masters, 2008). 6.

(13) Universidad de los Andes. 2.2.. IAMB 201210 32. SURGIMIENTO DE LAS HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES DE MODELACIÓN. ENERGÉTICA En 1970, el laboratorio de la universidad de Berkeley en California desarrolló el primer programa computacional para ayudar a ingenieros y arquitectos a diseñar edificaciones más eficientes energéticamente. Este programa se llamó DOE-2, debido a que fue desarrollado para el Departamento de Energía de los Estados Unidos (Department of Energy-DOE). Actualmente, DOE-2 es el más reconocido e implementado programa para el análisis de consumo y eficiencia energética a lo largo del mundo. Este utiliza métodos y herramientas de simulación desarrollados por la ASHRAE, NASA, U.S DEPARMENT OF ENERGY, U.S Postal Service y por empresas de servicios de utilidad como electricidad y gas natural (Hirsch, 2009). Hoy en día ingenieros y arquitectos tienen la responsabilidad de realizar diseños integrados en los cuales se tenga una perspectiva ambiental que se fundamente en factores como la eficiencia energética dentro de la edificación, el involucramiento de la sostenibilidad, los costos de construcción y operación y el impacto medioambiental que genere el proyecto. La integración de estos factores es posible actualmente debido al poder analítico que brindan las herramientas tecnológicas de simulación. Por medio de estas herramientas se puede tomar decisiones acerca de cuáles medidas, alternativas, materiales e inclusive comportamientos rutinarios del ser humano presentan la mejor combinación de alternativas para cumplir con un diseño sostenible y eficiente energéticamente. Esta principal ventaja que aporta la simulación de modelos ha sido el motor para impulsar herramientas computacionales que se enfoquen en distintos campos de la eficiencia energética como lo son EnergyPlus, HEED, Trace 700, ECOTECT, eQUEST, entre otras.. 2.3.. DESCRIPCIÓN DE LA HERRAMIENTA COMPUTACIONAL EQUEST. eQUEST es una herramienta utilizada para analizar la eficiencia energética de un edificio. El programa provee información y resultados de alta calidad debido a que combina el uso de un asistente (wizard) para diseñar, construir y visualizar la edificación en tres dimensiones (3-D), otro para realizar comparaciones entre distintas medidas de eficiencia energética, y un último que realiza las simulaciones del edificio y presenta los resultados obtenidos por medio de gráficas y tablas. eQUEST calcula el consumo de energía en una edificación hora a hora durante un año entero (8760 horas) utilizando información climática horaria para la ubicación geográfica en consideración. Los parámetros de entrada al programa consisten en información detallada acerca de la edificación como lo es: Ubicación, uso de la edificación, clima, configuración arquitectónica de la edificación, cantidad de pisos, geometría de la edificación, año de análisis, materiales de construcción (ventanas, techo, muros), consumo de electricidad y gas natural, sistemas de aire acondicionado, calefacción y ventilación (HVAC), horario de ocupación por parte de los habitantes, entre otros. El programa realiza simulaciones de alta precisión sobre factores como lo son: El efecto de la iluminación natural en demandas térmicas y de iluminación interior, la dinámica entre los sistemas de calefacción y aire acondicionado, el impacto sobre la temperatura al interior de la edificación debido a cargas externas e internas como lo son los habitantes, luces y equipamiento (Hirsch, 2009). Por medio de múltiples simulaciones en la cuales se involucren distintas medidas de eficiencia energética el usuario puede encontrar la combinación de alternativas que optimicen su diseño teniendo como 7.

(14) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. parámetros de decisión los costos de operación y el consumo energético generado en la edificación en cuestión.. 2.4.. GLOSARIO. Admitancia Térmica: Consiste en la relación entre la oscilación del flujo de calor que atraviesa una cara del material y la oscilación de temperatura que provoca en el ambiente. Calor Específico: Es la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad. Calor Latente: Es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase Calor Sensible: Es la cantidad de calor (energía) necesaria para calentar o enfriar un cuerpo sin alterar su estructura molecular y por lo tanto su estado. Capacidad Térmica: Representa la cantidad de calor que un material es capaz de almacenar y restituir al ambiente adyacente. Conducción: Mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas por medio de contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia. Construcción Sostenible: Manera de la industria de la construcción de actuar hacia un logro del desarrollo sostenible, tomando en cuenta aspectos medio ambientales, socioeconómicos y culturales. Específicamente, implica cuestiones tales como diseño y administración de edificaciones, construcción y rendimiento de 1 materiales y uso de recursos - todas, dentro de la órbita más amplia del desarrollo y la gestión urbana. Convección: Mecanismo de transferencia de calor que se produce por intermedio de un fluido, liquido o gas, que transporta el calor entre zonas de distintas temperaturas. Cargas Internas: En modelación energética, consisten en factores que generan una ganancia de calor y están ubicados en la parte interior de la edificación como por ejemplo: personas, luces, estufas, etc. Cargas Externas: En modelación energética, consisten en factores que generan una ganancia de calor desde la parte exterior de la edificación como por ejemplo la luz solar. Conductividad térmica: Es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad que conducción de calor que tienen. Desarrollo Sostenible: Consiste en el desarrollo que asegura las necesidades del presente sin comprometer 2 la capacidad de las futuras generaciones para enfrentarse a sus propias necesidades. Diseño Bioclimático: Consiste en conseguir que el planteamiento de la vivienda o edificación sea adecuado para el clima y las condiciones del entorno con el fin de conseguir una situación de confort térmico en su 3 interior.. 1 2. Definición PNUMA (Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente) Definición Comisión Brundtland (Comisión Mundial sobre Ambiente y Desarrollo) 8.

(15) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Eficiencia Energética: Consiste en la obtención de los mismos bienes y servicios energéticos, pero con 4 mucha menos energía y con la misma o mayor calidad de vida. Entalpía: Magnitud termodinámica cuya variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema. eQUEST®: Herramienta computacional que permite la modelación del desempeño energético de edificaciones. Inercia Térmica: Se denomina inercia térmica de un edificio o un material, al conjunto de características térmicas dinámicas del mismo. Las características más relevantes que determinan la inercia térmica son la admitancia térmica y la capacidad térmica, entre otras. Insolación: Es la cantidad de energía en forma de radiación solar que llega a un lugar de la Tierra en un día concreto (insolación diurna) o en un año (insolación anual). Masa Térmica: Es el valor de la capacidad potencial de almacenamiento de calor en un conjunto o sistema Resistencia Térmica: Es la capacidad de un material para resistir el paso de flujo de calor. Esta magnitud aumenta con el espesor del material y se expresa por medio del valor R. Retrofit: Consiste en la introducción de un cambio con el objetivo de mejorar el desempeño de algo ya construido o ya existente. Sistema HVAC: Sistema de ventilación, calefacción y aire acondicionado (HVAC, por sus siglas en ingles Heating, Ventilating and Air Conditioning). Transmitancia Térmica (Valor U): Es una magnitud que expresa la cantidad de calor que atraviesa un cuerpo. Cuanto menor es la transmitancia implica que el paso de calor a través de ese material o componente es menor y por lo tanto está mejor aislado. Esta magnitud se expresa por medio del valor U. Valor R: Valor que expresa la magnitud de la resistencia térmica. Valor U: Valor que expresa la magnitud de la transmitancia térmica.. 3 4. Definición Bioconstrucción.biz Definición AEDENAT (Asociación Ecologista de Defensa de la Naturaleza) 9.

(16) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. 3. METODOLOGÍA 3.1.. TUTORIAL: INTRODUCCIÓN A LA MODELACIÓN ENERGÉTICA EN E QUEST. En esta introducción se presentan las operaciones básicas de uso, los tipos de archivo que el programa utiliza y las herramientas de análisis energético y diseño que se encuentran en eQUEST. Existen tres asistentes principales en el programa con los cuales se debe estar familiarizado:. Figura 1. Iconos de los tres asistentes principales El Schematic Design Wizard (SDW) y el Design Development Wizard (DDW) son utilizados para diseñar y construir el proyecto. Por otra parte, el Energy Efficiency Measure Wizard (EEMW) tiene otra función. Éste es utilizado para realizar comparaciones entre distintos escenarios para un mismo modelo. Por ejemplo, si usted está interesado en comparar que resultados energéticos obtendría al utilizar distintos tipos de vidrios en las ventanas de su edificio, debe utilizar el EEMW para modelar todos sus distintos tipos de vidrio y compararlos con la línea base de la edificación (Hirsch, 2009). Como se explicó anteriormente, tanto el SDW y el DDW tienen como función diseñar y construir el proyecto que se quiere analizar. Sin embargo, estos dos asistentes presentan diferencias en cuanto a su operación. El SDW es recomendado para principiantes o para realizar modelos de manera rápida y sencilla. La principal característica del SDW es que puede ser utilizado únicamente para modelar una sola estructura. Por otro lado, el DDW tiene herramientas más sofisticadas y permite al usuario ingresar mucha más información de entrada, razón por la cual es utilizada para modelos complejos que requieren de mayor exactitud en cuanto al funcionamiento energético del edificio. Este asistente permite diseñar múltiples estructuras.. Figura 2. Schematic Design Wizard. Figura 3. Design Development Wizard 10.

(17) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Es importante tener en cuenta que eQUEST permite migrar entre los distintos programas y asistentes que ofrece pero en la mayoría de los casos estos traslados son unidireccionales. Esto quiere decir que si el usuario desea trasladarse del asistente SDW al DDW, después no podrá regresar. Esto se debe a que en el caso mencionado (SDW a DDW), el DDW utiliza muchos más parámetros de entrada e información que no existen en el SDW al ser éste más simple. Por esta razón el SDW no reconocería esta información y la transición implicaría pérdida de información, lo cual es inaceptable por parte del programa.. Figura 4. Descripciones operacionales del SDW y el DDW. T IPOS DE A RCHIVOS eQUEST maneja diversos tipos de archivos con los cuales debe estar familiarizado el usuario. Para ver estos archivos se debe dirigir al directorio donde haya instalado el programa. La carpeta de eQUEST se llama eQUEST 3-64 Projects, ahí encontrará una carpeta con el nombre con el que haya guardado su proyecto dentro de la cual se encontrarán los distintos archivos. Estos se presentan a continuación: .PD2: En este tipo de archivo se encuentran todos los parámetros de entrada ingresados por el usuario en los distintos asistentes. .PRD: En este tipo de archivo se encuentra la información acerca de las ejecuciones paramétricas que brinda el programa. Este archivo no es común editarlo pero en caso de compartir el proyecto es indispensable compartir este archivo. .SIM: Este es un archivo de texto extenso en el cual se almacenan todos los cálculos realizados en eQUEST. .INP: Este es considerado el archivo principal y es creado por los asistentes que se utilizan en el programa (Hirsch, 2009).. C OLORES DEL CÓDIGO EN E QUEST eQUEST utiliza en su interfaz distintos colores para informar al usuario acerca del uso o procedencia de la información presentada. Verde: En el SDW se puede ver como toda la información al comienzo se muestra en color verde. Esto se refiere a los valores por defecto que utiliza el programa. Una vez el usuario cambia estos valores el color se cambia a rojo. Rojo: El rojo significa que la información ha sido ingresada o editada por el usuario. Azul Oscuro: Este color se refiere a valores de la Biblioteca del programa. 11.

(18) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Azul Claro: Este color es utilizado para los valores por defecto definidos por el usuario (Hirsch, 2009).. 3.2.. OBJETIVOS DEL TUTORIAL. El documento en cuestión guiará al usuario detalladamente a lo largo de los pasos que se deben tomar para realizar un modelo en eQUEST. Se explicará como el usuario puede diseñar y construir una edificación con ciertas especificaciones como lo son: Ubicación, uso de la edificación, clima, área de construcción de la edificación, cantidad de pisos, geometría de la edificación, año de análisis, materiales de construcción (ventanas, techo, muros), consumo de electricidad y gas natural, sistemas de aire acondicionado, calefacción y ventilación (HVAC), entre otros. Como herramienta de diseño se utilizará principalmente el asistente Design Development Wizard. Siguiente a esto se mostrará cómo realizar comparaciones sobre la envolvente del edificio, cargas internas y sistemas de HVAC por medio del Energy Efficiency Measure Wizard y por último, por medio de la herramienta Simulate Building Performance se ilustrará como obtener reportes paramétricos sobre el consumo energético y los costos generados a lo largo de todo un año en el modelo. A continuación se presenta un diagrama de flujo del procedimiento descrito anteriormente, el cual se cubrirá en el Tutorial:. Figura 5. Diagrama de flujo del procedimiento a realizar en eQUEST. 3.3. CASO DE ESTUDIO: CREACIÓN DEL MODELO POR MEDIO DEL DESIGN DEVELOPMENT WIZARD 3.3.1. PRESENTACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE ENTRADA En este apartado se ilustrará paso a paso como crear un modelo determinado haciendo uso del asistente DDW. El Schematic Design Wizard no se utilizará ni será explicado en este documento debido a que es la herramienta más básica del programa y su utilización es bastante sencilla. El modelo que se creará a continuación corresponde a un proyecto de construcción de vivienda estrato 4 situado en la ciudad de Barranquilla. El nombre del proyecto se mantendrá como anónimo por razones de confidencialidad con la constructora encargada del desarrollo del mismo. Los parámetros de entrada al programa para el caso de estudio se presentan en las siguientes tablas: 12.

(19) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Tabla 1. Información general del proyecto INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO Nombre del Proyecto. Caso de Estudio: Vivienda en Barranquilla. Estrato. 4. Año de Construcción. 2011. Unidades. Apartamentos. Número de pisos. 12. Número de aptos. por piso. 4. Total de apartamentos. 48 Industrializado. Concreto Outinord Muro-Placa. Mampostería confinada Bloque #4 y #5 para muros no estructurales.. Sistema Constructivo. Tabla 2. Información general de cada apartamento INFORMACIÓN GENERAL APARTAMENTO Área total Unidad (m2). 73.5. Ancho Unidad (m). 7. Largo Unidad (m). 11.6. Número de personas por Unidad. 5. Área por persona en la Unidad (m2). 14.7. Altura piso-techo (m). 2.3. Tabla 3. Información acerca de la configuración de cada apartamento CONFIGURACIÓN APARTAMENTO Alcobas. 3. Baños. 2. Estudio. 1. Sala-Comedor. 1. Cocina-Patio de ropas. 1. Terraza/Balcón. 1. 13.

(20) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Tabla 4. Información acerca de la infraestructura de servicios en cada apartamento INFRAESTRUCTURA DE SERVICIOS Estufa. si. Lavadora. si. Aire acondicionado. si. Nevera. si. Citófono. si. Teléfono. si. Gas natural. si. Agua. si. Energía. si. Tabla 5. Consumos de electricidad y gas natural para una vivienda estrato 4 en Barranquilla Consumos: Electricidad y Gas Natural Equipo. Fuente Energía. Estufa. GN. Calentador agua. Consumo (Therm/viv-año). Consumo (kWh/viv-año). 65 -. -. -. -. Otros. GN. Horno. Electricidad. 44. Lavadora. Electricidad. 115. Nevera. Electricidad. 724. Aire acondicionado. Electricidad. 1,095. Ventilador. Electricidad. 310. Televisor. Electricidad. 920. Bombillos. Electricidad. 607. Incandescentes 60 W. 165. Incandescentes 100 W. 204. LFC. 200. Fluorescentes. 38. Plancha. Electricidad. 140.4. Licuadora. Electricidad. 21. Otros. Electricidad. 240. Portátil. 29.12. Juegos + DVD. 25. Equipo sonido. 146. Secador. 42 Consumo Total. 65 Therm/viv-año. 4306 kWh/viv-año. 14.

(21) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. La figura presentada a continuación muestra la distribución de los espacios en los apartamentos del edificio a modelar en el caso de estudio para la ciudad de Barranquilla.. Figura 6. Distribución de los espacios interiores de los apartamentos del proyecto caso de estudio. 3.3.2. PROCEDIMIENTO PASO A PASO EN E QUEST En el presente subcapítulo se recorrerá paso a paso cada una de las ventanas que presenta el programa para que el usuario ingrese los parámetros de entrada, genere el modelo y realice el correspondiente análisis de medidas de eficiencia energética. Nota: Tenga en cuenta que todas las indicaciones que se presenten subrayadas en el documento corresponden a los procedimientos que se efectuaron para la realización del modelo de la edificación del caso de estudio.. A) INICIO DEL PROYECTO 1) Seleccione eQUEST en el Menú Inicio> Todos los programas> eQUEST 3-64. 15.

(22) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Figura 7. Ventana para abrir el programa 2) Una vez se ha abierto el programa, inmediatamente se despliega la siguiente ventana:. Figura 8. Ventana de inicio en eQUEST En esta ventana se tiene la opción de abrir un proyecto reciente, abrir un proyecto existente o crear un nuevo proyecto por medio del asistente. Seleccione la opción “Create a New Project via the Wizard”. 3) En este paso se debe seleccionar cual de los dos asistentes de diseño y construcción se desea utilizar.. 16.

(23) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Figura 9. Ventana para escoger entre los dos asistentes Seleccione el “Design Development Wizard”, herramienta que se usará para la modelación del caso de estudio. A partir de este momento se empieza el proceso de ingresar los parámetros de entrada al programa. Es importante ingresar una descripción detallada del proyecto con el fin de obtener resultados satisfactorios en la simulación. El “Design Development Wizard” presenta 7 pantallas en las cuales el usuario puede ingresar información acerca del proyecto. En el software estas 7 pantallas pertenecen a la sección de “Project and Site Data”.. B) PROJECT SITE AND DATA 4) P ANTALLA 1 DE 7: I NFORMACIÓN G ENERAL. 17.

(24) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Figura 10. Project Site and Data – Pantalla 1 de 7 Esta primera pantalla puede ser la más importante que muestra el DDW ya que corresponde a la información general del proyecto. a). Project Name: Seleccione el nombre que quiera darle a su proyecto. Este mismo nombre se guardará en sus archivos y en la carpeta del proyecto. Para el caso de este modelo se utilizará: “Caso de Estudio: Vivienda en Barranquilla”. b) Code Analysis: Seleccione el código de análisis que se utilizará en el proyecto. Por defecto eQUEST le da como opciones el “California Title 24”, el cual corresponde a los estándares de eficiencia energética para edificaciones residenciales y no residenciales y el “LEED New Construction Appendix G”, el cual corresponde al método para calificar el desempeño de una edificación. Para el caso de este modelo se escogerá: “-none-”. c) Building Type: Seleccione el tipo o uso que tiene su edificación. eQUEST le brinda opciones como Vivienda Multifamiliar, Restaurante, Colegio, Teatro, entre otras. Debido a que el modelo corresponde a una edificación multifamiliar de altura media se escogerá la opción: “Multifamily, Mid-Rise (Interior Entries)”. d) Location Set: Esta opción está relacionada con las condiciones climáticas de la ubicación geográfica donde se estará realizando el diseño. El programa brinda cuatro opciones. “California (Title 24):” Este programa al ser desarrollado en el estado de California, tiene 16 zonas del estado ya determinadas detalladamente en cuanto a sus condiciones climáticas. “All eQUEST Locations:” Cobertura a lo largo de los Estados Unidos. “Canadian Locations:” Ubicaciones en Canadá. “User Selected:” Esta opción es la que corresponde al resto del mundo y en este caso, Colombia. Para el caso de este modelo se escogerá la opción “User Selected”. Debido a que eQUEST no tiene en su base de datos información climática de las demás partes del mundo se requiere copiar el archivo climático (Weather File) correspondiente a la locación de interés. Existen 650 archivos climáticos que cubren Europa, Asia, África, Centro América pero para 18.

(25) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. el caso de Suramérica solo se cuenta con información climática para la ciudad de Sao Paulo en Brasil. Teniendo en cuenta que las características (a grandes rasgos) más importantes para determinar el clima de una ubicación son la latitud, longitud y la elevación, se debe buscar una ciudad del mundo que cumpla con características de este tipo similares a las de Colombia. Por ejemplo, para del caso de estudio, la ciudad de Barranquilla tiene la siguiente ubicación geográfica: (10°59′16″N; 74°47′20″O; 0 msnm). Una ciudad que se ha identificado como aceptable para realizar esta extrapolación del archivo climático es Yakarta, en Indonesia: (6°16′0″S; 106°48′0″E; 0 msnm). En el paso 5 se presentará como cargar el archivo climático al programa, por ahora se terminará de explicar los componentes de la Pantalla 1. e). Jurisdiction: En este campo se selecciona la norma que determinará algunos de los valores por defecto que utilizará el programa. (Ej: California Title24). Para el caso de este modelo se escogerá la opción “-other-”. f) Utility/Rates: Corresponde a los servicios de utilidad pública que se utiliza en la edificación y las tarifas de estas mismas. Por defecto eQUEST presenta entre sus opciones a la Pacific Gas & Electric Company (PG&E (CA)) con las respectivas tarifas reales que tiene esta empresa en California. En caso de que la edificación no tenga acceso a gas natural o electricidad se selecciona la opción none-. La opción -custom- permite que el usuario defina las tarifas que establece la compañía prestadora de estos servicios en la ubicación de interés. Toda modelación debe tener valores para las utilidades de Gas y Electricidad personalizados y correspondientes al lugar de análisis. Para el modelo se escogerá la opción “-custom-” tanto para la electricidad como para el gas natural. g) Analysis Year: Se debe seleccionar el año en el cual se está realizando la simulación de la edificación. Para el caso de este modelo se escogerá el año de realización de la modelación “2012”. h) Wizard Screen: En la parte inferior se encuentra esta opción. Por medio del Wizard Screen podemos navegar entre las distintas pantallas que componen el asistente DDW. Si se hace clic en esta opción se desplegara un menú como el que se presenta en la siguiente figura:. Figura 11. Ubicación del Wizard Screen en la interfaz. 19.

(26) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Nota: A pesar de que esta opción indica 1 of 7 no necesariamente se tienen 7 pantallas de diseño en las cuales el usuario tiene que ingresar datos. Algunas pantallas se mantienen ocultas debido a que se activan solamente cuando el usuario seleccione una opción que requiera de más parámetros de entrada. 5) Para cargar el archivo climático al programa se debe seguir los siguientes pasos: a) Para usuarios externos a los Estados Unidos se deben buscar y descargar los archivos climáticos en la página web: http://doe2.com/download/weather/. Figura 12. Selección del archivo climático Se debe hacer clic en “NON-US” y en la siguiente ventana seleccionar el archivo comprimido asia-sp.zip donde se encuentra el archivo climático para la ciudad de Yakarta. Este archivo se debe guardar y descomprimir en el computador. La carpeta descomprimida se debe copiar en la carpeta eQUEST 3-64 Data>Weather. Ahí se encuentran todos los archivos climáticos que tiene el programa. b) Seguido a esto se debe volver a la interfaz del programa y hacer clic en en el campo de Weather File. Se desplegará un menú para buscar el archivo climático. Por este menú se debe ir a eQUEST 3-64 Data>Weather>asia-sp>JAKART87. Si el archivo fue cargado correctamente la interfaz se debe ver de esta manera:. Figura 13. Cargar el archivo climático Una vez se ha cargado el archivo climático correspondiente o equivalente a su ubicación de interés se puede proceder a la siguiente pantalla del DDW.. 20.

(27) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. 6) P ANTALLA 3 DE 7: S EASON D EFINITIONS. Figura 14. Definición del número de estaciones climáticas a). Season Definitions: Esta opción permite al usuario determinar cuantas estaciones se tienen en el lugar de ubicación. Debido a que la edificación está ubicada en Colombia (zona ecuatiorial) se selecciona la opción “1”.. 7) P ANTALLA 4 DE 7: E LECTRIC U TILITY C HARGES. Figura 15. Tarifa económica de la electricidad para Barranquilla. 21.

(28) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. a). Rate Name: De esta manera se llamará el archivo o la compañía de electricidad dentro del modelo. Se le llamará “TarifaElecBarranq”. b) Type: Se refiere a la manera como se cobra el recurso al consumidor. Puede ser por bloques, uniformemente o por tiempo de uso. Para el caso de este modelo se utilizará el cobro por bloques “Block Charges”. c) Block Type: Corresponde a si los bloques son acumulativos o incrementales. Un cobro por bloques acumulativos significa que después de cierto kWh la energía empieza a costar más dinero o menos dinero, dependiendo del caso. Para el caso de este modelo se escogerán bloques de tipo incrementales “Incremental Blocks”. Como se muestra en la figura 14 en las celdas se determina un valor de $0.19/kWh, debido a que este es el precio que se tiene para la ciudad de Barranquilla. Nota: Estos valores han sido determinados con una Tasa Representativa del Mercado (TRM) de 1830 Pesos Colombianos (COP) por 1 Dólar Estadounidense (USD).. 8) P ANTALLA 6 DE 7: F UEL U TILITY C HARGES. Figura 16. Tarifa económica del gas natural para Barranquilla En esta pantalla se ingresan los parámetros de entrada de la misma manera que en la anterior con la diferencia que se llamará “TarifaGasBarranq” y se ingresará el costo actual al 2012 de $1.49/therm. Nota: Estos valores han sido determinados con una Tasa Representativa del Mercado (TRM) de 1830 Pesos Colombianos (COP) por 1 Dólar Estadounidense (USD).. 22.

(29) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. 9) P ANTALLA 7 DE 7: P ROJECT I NFORMATION. Figura 17. Información del Proyecto En esta pantalla se debe ingresar información acerca del edificio y de su dueño. Esta información no afectará de ninguna manera el modelo. Para seguir con el diseño del modelo se debe hacer clic en Continue to Navigator.. C) PROJECT NAVIGATOR Desde este navegador se controlan la mayoría de las funciones de la edificación y sirve como un puente de comunicación entre las diferentes componentes que constituyen el modelo.. 10) P ROJECT N AVIGATOR. Figura 18. Interfaz del Project Navigator. 23.

(30) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. En la figura anterior se presenta la interfaz del Navegador del Proyecto. Desde acá se ingresan y se editan los parámetros de entrada para cada componente de los edificios y de los sistemas de HVAC (Heating, Ventilating and Air Conditioning). a). Bldg Shell Components: En este recuadro se almacenan todas las estructuras se sean creadas por el usuario. El programa crea la primera por defecto y la llama “Bldg Envelope & Loads 1” de la misma manera que crea el sistema HVAC “HVAC System 1”. Para empezar a determinar las dimensiones, cargas internas, cargas externas, materiales de construcción, etc. del modelo se debe hacer clic en “Edit Selected Shell”. b) Air-Side System Types: Para determinar las características del sistema de HVAC se debe hacer clic en “Edit Selected System”.. D) SHELL COMPONENT Este componente le permite al usuario determinar los materiales de las superficies externas e internas de la edificación, las cargas de energía internas y externas, los perfiles de uso, la forma de la planta de la edificación, etc. Consta de 25 pantallas donde el usuario debe ingresar todos los parámetros de entrada relacionados con las funciones mencionadas anteriormente. A continuación se entrará en detalle en la mayoría de estas pantallas y se mostrarán los valores que fueron ingresados para la creación del modelo del caso de estudio en la ciudad de Barranquilla.. 11) P ANTALLA 1 DE 25: G ENERAL S HELL I NFORMATION Esta pantalla constituye el punto de partida para ingresar los parámetros de entrada más básicos de la edificación que se quiere modelar.. Figura 19. Información general de la estructura. 24.

(31) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. a). Shell Name: En esta casilla se debe ingresar el nombre de la estructura que se va a crear. Para el caso de este modelo se le llamará “Edificio Caso de Estudio: Barranquilla”. b) Building Type: Se debe determinar de qué tipo de edificación se trata. Para el caso de este modelo se le llamará “Multifamily, Mid-Rise (Interior Entries)”. c) Building Area: En este campo se debe ingresar el área de la construcción total (incluyendo todos los 2 pisos). Se debe tener cuidado con que eQUEST maneja unidades de ft . Para el caso del modelo se 2 tiene que el área de construcción son “37,968 ft ”. Los cálculos para esta área total se presentan a continuación:. Tabla 6. Cálculos correspondientes al área por piso, por apartamento y del edificio m2. ft2. Apartamento (cada uno). 73.5. 791. Piso (4 aptos). 294. 3164. Edificio (12 pisos). 3528. 37968. d) Number of Floors: Above Grade: En el DDW solo se modelan 3 pisos: el primer piso, piso de la mitad y último piso. Si por ejemplo se tienen 100 pisos para la edificación a modelar, eQUEST modelará el primer piso una vez, el último piso una vez y el piso de la mitad una vez, con la diferencia que los resultados obtenidos en el piso de la mitad los multiplicará por un factor de 98, para un total de 100 pisos. Esta explicación corresponde a la opción “Shell Multipliers”. Para el caso del modelo se seleccionan “12 pisos”. Below Grade: Se selecciona como “0” debido a que en el modelo no se tendrán en cuenta sótanos ni pisos debajo del nivel del piso. e) Shell Multiplier: Esta opción corresponde a si se están modelando varios edificios iguales, el programa hace la simulación de todos estos, sin necesidad de crear cada una de las estructuras, sino multiplicando los resultados de la única creada. Para el modelo se selecciona la opción ‘’1” debido a que sólo se va a modelar una torre.. 12) P ANTALLA 2 DE 25: B UILDING F OOTPRINT En esta pantalla se determina la forma y las zonas de la edificación que se quiere modelar. El programa por defecto determina una forma y ésta se ajusta al área de construcción que fue determinada en la pantalla 1.. 25.

(32) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Figura 20. Definición de la geometría de la planta del modelo. a). Footprint Shape: En este campo se pueden seleccionar formas por defecto para el plano arquitectónico de la edificación como se muestra a continuación:. Figura 21. Definición de la forma de la planta Para realizar un diseño personalizado se debe hacer clic en la opción -custom- la cual desplegará el siguiente menú:. 26.

(33) Universidad de los Andes. IAMB 201210 32. Figura 22. Importar archivo CAD En la opción Start With se puede seleccionar Previously defined footprint, para empezar a editar con una figura determinada por defecto (por ejemplo el rectángulo) o en blank slate para empezar con una imagen con dimensiones predeterminadas por el usuario. Estas dos opciones inicializan una herramienta de dibujo integrada en eQUEST que se llama Custom Building Footprint. Para el caso del modelo se selecciona la opción Background Image y se exporta el archivo CAD (extensiones dwg, dxf) para tener dimensiones más exactas de la planta del edificio y dado el caso, ahorrar un poco de tiempo.. Figura 23. Definición de la planta del edificio a partir del archivo de autoCAD En la figura presentada anteriormente se puede ver la planta del edificio del caso de estudio. Una vez se ha exportado el archivo CAD se empiezan a delimitar la planta del edificio. Nota: Se debe tener en cuenta que es obligatorio dibujar en sentido opuesto a las manecillas del reloj, de lo contrario se producirá un error en el programa.. 27.