Integración de Algoritmos en PHPP Y CTE
Los programas de certificación energética (CEE) forman un grupo de software oficial del Ministerio, que hacen uso de los algoritmos del CTE para certificar edificios. Letter Ingenieros desarrolló una plataforma online para la toma y el tratamiento de datos, desde la cual se pueden obtener dos archivos: el certificado energético y el informe de auditoría energética.
PHPP es una herramienta pensada para diseñar edificios de baja demanda de energía que cumpla con el estándar Passivhaus. Se pretende ahora integrar los algoritmos de PHPP en la plataforma online mencionada de modo que se mejore el cálculo del balance energético existente. Una imagen de esta integración se muestra a continuación.
La integración de ambos algoritmos en una única plataforma permitiría generar una base de datos de la que se podría extraer:
- El archivo cumplimentado del programa de CEE.
- El archivo cumplimentado del programa PHPP.
- Documento de auditoría energética que cumpla con el RD56/2016.
Además, la auditoría energética resultante tendría el valor añadido de basar sus cálculos de ahorro energético en los mejoras aspectos de dos algoritmos con eficacia probada y reconocida internacionalmente.
Introducción
En la actualidad, los certificados de eficiencia energética y los asesoramientos Passivhaus están experimentando un auge de demanda.
Debido a la cantidad de datos comunes que contienen sendos procesos, la integración de ambos se antoja clave para ahorrar tiempo en las fases más monótonas del proceso que poder invertir en las fases más creativas y de mayor dificultad técnica.
ANTECEDENTES
Existen varios software oficiales del Ministerio para la certificación energética, que hacen uso de los algoritmos del CTE para certificar edificios. PHPP es una herramienta pensada para diseñar edificios de bajo consumo.
La normativa que viene antes del año 2020 obliga a construir edificios eficientes. Los actuales programas de certificación tienen una serie de limitaciones que hacen difícil cumplir con los criterios de la Directiva 31/2010/UE. Passivhaus se basa en 5 principios que cumplen ampliamente con las directrices marcadas por Europa.
PROPUESTA DE MEJORA
Se pretende aportar una mejora tecnológica mediante la creación de una herramienta que integre los criterios Passivhaus dentro de los algoritmos del software oficial de certificación.
Proyecto
IDEA
Se trata de realizar una única herramienta desde la que podemos diseñar edificios eficientes que cumplan tanto la normativa actual como la de consumo casi nulo (venidera antes de 2020). Los diseñadores de edificios reclaman la unificación de las múltiples herramientas disponibles para modelar una sola vez. A partir de entonces se puede iterar con modificaciones que mejoren el diseño inicial. Una vez dado el diseño final, la plataforma nos exporta el archivo del cee y excel válido para las herramientas oficiales.
ACTUAL DESARROLLO
Se ha creado una herramienta online en la web http://phpp.es desde la que cualquier usuario puede modelar un edificio introduciendo sus valores característicos de envolvente térmica e instalaciones. Además, con los mismos datos de partida, obtenemos el archivo CEE de certificación válido para el cumplimiento del RD 235/2013.
DISEÑO DE LA APLICACIÓN
Usa las más modernas tecnologías informáticas para conseguir un producto seguro, limpio y rápido. El frontend (la parte visible o interface) está montado con el framework libre de Google llamado Angular. El backend (base de datos) se hace con Django, un entorno libre escrito en Python.
Investigación
HALLAZGOS MÁS IMPORTANTES
Se han simulado varios modelos energéticos de edificios tanto con algoritmos de certificación para CTE como para PHPP. Los resultados son similares en ciertos apartados: pérdidas por cerramientos opacos, pérdidas en ventanas o puentes térmicos. Sin embargo hay muchas discrepancias en hermeticidad y ventilación. Estamos hablando, que hay dos, de los cinco pilares en los cuales descansa el estándar Passivhaus. En las siguientes líneas se muestran resultados de las simulaciones realizadas.
SIMULACIONES
Para simplificar el caso se va a exponer un ejemplo muy sencillo. Se trata de una casa adosada de 100m2 (10mx10m) de única planta de 3m, situada en Granada (sur de España).
- 1. Clima cálido a 687m. de altitud
- 2. Grados hora calefacción: 39 kKh/año
- 3. Radiación solar Norte: 84 kWh y Sur: 526 kWh
- 4. Cerramientos con estructura maciza con U=0,73 W/ m2*K
- 5. Huecos: doble acristalamiento 4/16/4 con marco de 45 mm de madera. Ventanas: 8 m2 en Sur y 4 m2 en Norte. (sin sombras)
Pérdidas por Transmisión
Los software de certificación usan el concepto de acoplamiento térmico (W/K) para cerramientos opacos, huecos y puentes térmicos. En función del tipo de cerramiento, su superficie y su transmitancia térmica, va calculando el valor de UA y al final suma los tres componentes. Para obtener la demanda energética interpola de una base de datos de resultados los valores más próximos.
PHPP obtiene los valores de demanda en kWh/m2*año a partir de datos de A, U y grados día.
Pérdidas por Infiltraciones/Ventilación
El software de CEE se basa en un documento oficial de IDAE que propone un cierto procedimiento de cálculo. Éste depende de la tasa de ventilación, el coeficiente C para opacos, huecos y airedadores, así como su exponente de flujo.
En el caso de ventanas se apoya en la UNE 12207 diferenciando 4 clases, pero a nivel global establece una diferencia de presión de 100 Pa y un exponente de flujo de n=0,67. Esto provoca que haya grandes diferencias con PHPP, el cual propone el uso de un Test Blower Door que en todo caso ofrece valores más ajustados a la realidad.
Ganancias solares
En la captura de la imagen 1 podemos ver como el software calcula las ganancias solares a partir del parámetro g_cal y g_ref. Al igual que ocurría con el valor UA, estos dos valores se buscan en una base de datos de resultados de demanda.
Ganancias internas
Tanto en el caso de CEE como PHPP para el caso residencial se usan valores por defecto. Parece ser que PHPP tiene unos valores muy estudiados y probados en viviendas, mientras que son poco útiles en el caso de edificios terciarios. Esto pretende ser objeto de investigación en el futuro.
Balance energético
Los resultados de demanda de calefacción y refrigeración para CEE, en el caso estudiado son:
Los resultados de demanda de calefacción, en ambos programas, fueron los siguientes:
Vemos como los resultados difieren bastante poco, menos de un 7%.
En el resto de simulaciones las variaciones están entre un 2%-26%, valores muy aceptables en muchos casos y que son más diferentes en edificios terciarios.
Discusión y Conclusiones
Los valores obtenidos para distintas simulaciones en ambos programas son similares en ciertos aspectos, mientras que hay discrepancias algunos de ellos.
Las pérdidas por transmisión dan resultados similares, sin embargo hay diferencias en infiltraciones. CEE estima valores muy bajos de infiltración. Edificios con calificaciones A ó B presentan valores de hermeticidad bastante malos (por encima de 1-2 ren/h). Según los hallazgos encontrados, los algoritmos de cálculo deberían penalizar este aspecto. Además, en caso de calificaciones altas debería ser obligatorio un test de hermeticidad.
Esta previsto mejorar los algoritmos de cálculo de ganancias internas, sobre todo en el caso de edificios terciarios.
El hecho de que PHPP se pueda usar a nivel mundial hace que use 7 zonas climáticas, mientras que el CTE tiene 12 zonas para España. Sin embargo se ha constatado que PHPP ha integrado las zonas españolas y es por ello que en este aspecto tenemos resultados similares.
Los resultados del balance energético de ambos programas son bastantes próximos y podrían mejorarse en ambos casos. Una única herramienta mejorada, más fiel a la realidad es posible. De esta forma, los arquitectos e ingenieros diseñadores de edificios podrán hacer más eficiente y fácil su trabajo.
Referencias Bibliográficas
CSIC; AICIA, 2015, Condiciones técnicas de los procedimientos para la evaluación de la eficiencia energética de los edificios.
Passive House Institut, 2015, Programa de Planificación Passihaus
