Sistema de soporte al diseño activo y pasivo de construcciones sostenibles

Abstract

En este trabajo se presenta una herramienta desarrollada con el objetivo de brindar soporte al diseño activo y pasivo de una construcción. Esta herramienta utiliza la metodología de modelado de resistencia y capacitancia térmica para estimar las dinámicas térmicas y energéticas de una construcción. El soporte consiste en proporcionar sugerencias al profesional diseñador principalmente sobre el diseño pasivo de la construcción. Estas sugerencias se producen mediante la solución de un problema de optimización multiobjetivo basado en simulación en el que se optimiza el costo de inversión inicial de los materiales de construcción, el confort y el consumo energético. El método de optimización es desarrollado mediante la integración del algoritmo de evolución diferencial programado en Python con OpenModelica como el software de simulación de la construcción. Esta herramienta utiliza las librerías Aixlib y Buildings desarrolladas en el marco del proyecto IEA EBC Annex 60 en el lenguaje Modelica. Esta herramienta metodológica es aplicada al caso de estudio establecido en la Sección 5.2.1 de la norma ANSI/ASHRAE 140-2001, el Caso de Prueba 600. En el método de optimización, se toman como variables de decisión la orientación, la inclusión o exclusión de toldos, las propiedades térmicas de la envolvente térmica y el tamaño y propiedades térmicas de las ventanas. Como función objetivo para optimizar el confort, se cuenta con el índice PPD desarrollado por Fanger [19], para cuantificar el consumo energético se cuenta con las cargas anuales de refrigeración y calentamiento, y para optimizar la inversión inicial en el costo de los materiales, se presentan tablas con los valores estimados de los mismos. Tras utilizar la herramienta en el caso de estudio, se obtuvo un ahorro en la carga de refrigeración del 72 % y del 83 % en la carga de calentamiento, con respecto a la configuración inicial, interviniendo únicamente en el diseño pasivo de la construcción. (Texto tomado de la fuente)

In this work, a tool developed with the objective of providing support to the active and passive design of a construction is presented. This tool uses the thermal resistance and capacitance modeling methodology to estimate the thermal and energetic dynamics of a building. The support consists of providing suggestions to the professional designer mainly on the passive design of the construction. These suggestions are produced by solving a simulation-based multi-objective optimization problem, in which the initial investment cost of building materials, comfort, and energy consumption are optimized. The optimization method is developed by integrating the differential evolution algorithm programmed in Python with OpenModelica as the construction simulation software. This tool uses the Aixlib and Buildings libraries developed within the framework of the IEA EBC Annex 60 project in the Modelica language. This methodological tool is applied to the case study established in Section 5.2.1 of the ANSI/ASHRAE 140-2001 standard, Test Case 600. In the optimization method, orientation, inclusion or exclusion of sunblinds, the thermal properties of the building envelope and the size and thermal properties of the windows are taken as decision variables. As an objective function to optimize comfort, the PPD index developed by Fanger is used [19], to quantify energy consumption, annual cooling and heating loads are used, and to optimize the initial investment in the cost of materials, tables are presented with their estimated values. After using the tool in the case study, a saving of 72 % in the cooling load and 83 % in the heating load were obtained, with respect to the initial configuration, intervening only in the passive design of the construction.