Por qué EnergyPlus nunca debería ser alternativo a LIDER y CALENER
por Germán Campos
Energyplus comenzó a desarrollarse en 1998 como el sucesor del motor de simulación DOE-2, por el departamento de energía de EEUU. Desde entonces ha ido evolucionando, hasta la actual versión 8.1, incrementando sus capacidades con cada nueva versión.
Se trata de un motor de simulación gratuito y de código abierto, reconocido mundialmente y con diversos interfaces gráficos para su utilización (gratuitos como Openstudio o comerciales como DesignBuilder).
El mencionado DOE-2 es un motor de simulación que vio la luz en 1979 y que lleva sin actualizarse más de una década, carente de muchas de las prestaciones que incorpora Energyplus. Es el motor de cálculo utilizado por el programa de certificación energética en España Calener GT.
Por último, el motor de cálculo del LIDER o del Calener VYP (la parte de demanda) está basado en su mayor parte en el S3PAS, desarrollado por la Universidad de Sevilla en la década de los 90 y con gran similitud en cuanto a sus fundamentos de cálculo (e incluso lenguaje de definición del edificio) con el DOE-2.
Tanto el DOE-2 como el S3PAS están validados por los BESTEST y representan el argumento fundamental para defender la validez de estos motores para su uso normativo, como sostiene el documento Condiciones de aceptación de Procedimientos alternativos a LIDER y CALENER:
La validación de los motores de cálculo de los programas alternativos se realiza a través de los conocidos Tests de la Agencia Internacional de la Energía, pertenecientes a un trabajo sobre tests para simulación en energética de edificios, BESTEST (Building Energy Simulation Test).
En mi humilde opinión, los BESTEST recogen una metodología de validación muy simplificada, enfocada al cálculo de la demanda y que no refleja por si sola las capacidades de un motor de simulación. Al menos actualmente (quizá sí en 1995).
Por qué EnergyPlus no debería ser alternativo a LIDER y CALENER
Dicho todo esto, y volviendo al título del post, el motivo por el que opino que Energyplus no debería ser alternativo a LIDER y CALENER es porque dicho carácter (capacidad de alternar con función igual o semejante) no haría justicia al motor de simulación Energyplus.
Considero que el concepto de alternativo a LIDER/CALENER y su desafortunada traslación a los métodos de certificación de existentes (que debían validarse contra CALENER) ha supuesto un lastre a la aplicación de herramientas más avanzadas y debería erradicarse lo antes posible.
Lamentablemente, lejos de ser así, parece que pronto llegarán nuevas versiones de LIDER y CALENER, con «renovadas» funcionalidades con el objeto de perpetuar la hegemonía de un motor de cálculo obsoleto y de unos programas desorientados al usuario, cajas negras sin soporte técnico y que desaprovechan el esfuerzo del profesional para ofrecer poco más que el mero cumplimiento normativo.
¿Hasta cuándo? Dado que las críticas desde el sector no han dado fruto hasta ahora (¿por qué? lo desconozco), esperemos que la necesidad de herramientas capaces en la era de la rehabilitación energética, los servicios energéticos o los edificios de energía casi nula, hagan caer por su propio peso la imposición de estos programas en favor de la capacitación del técnico para elegir, desarrollar y justificar sus soluciones mediante las herramientas que considere más adecuadas.
Comparación entre Energyplus y DOE-2 (y LIDER y CALENER)
La siguiente tabla está traducida del documento EnergyPlus Analysis Capabilities for Use in California Building Energy Efficiency Standards Development and Compliance Calculations del Lawrence Berkeley National Laboratory y recoge algunas de las diferencias entre el motor de simulación Energyplus en su versión 2.1 (recordad que la actual es la 8.1) y el motor DOE-2.
Tan sólo son una pincelada (puesto la última versión de EnergyPlus incorpora muchas más funcionalidades) de la superioridad de Energyplus frente a DOE-2 y que podemos hacer extensible a LIDER y CALENER.
| PRESTACIÓN | ENERGYPLUS | DOE-2 |
|---|---|---|
| Cargas térmicas | Utiliza el heat balance method que es más preciso. Además realiza el cálculo radiante y convectivo en cada superficie. Puede modelizar el efecto de la masa térmica con más precisión. Modelado del intercambio con el terreno mejorado. El modelo de cielo anisotrópico proporciona cálculos de radiación solar y difusa correctos | Usa el heat transfer function method con factores de ponderación propios. Este método es una aproximación del heat balance method, es menos preciso y más susceptible a error a través de la aplicación de factores de ponderación no adecuados. Los errores son mayores para elementos de la envolvente con masa térmica. |
| Simulación Integrada de Cargas e Instalaciones | La respuesta del edificio a cargas térmicas se calcula simultáneamente con la respuesta de la instalación. Esto incrementa el rango de condiciones que se pueden analizar, incluyendo aquellas donde las temperaturas del edificio no están siempre controladas, en oscilación libre (p.ej. ventilación natural, sistemas infradimensionados). La retroalimentación de los sistemas de HVAC puede afectar a las cargas del edificio. | La respuesta a cargas térmicas se calcula independientemente del funcionamiento de la instalación. Los cálculos de las cargas asumen que el edificio está en consigna. Limita la aplicabilidad de la simulación a espacios climatizados. La retroalimentación limitada del funcionamiento de las instalaciones afecta a las cargas del edificio y a las temperaturas interiores. Ello imposibilita que DOE-2 simule con precisión las instalaciones y la transferencia térmica en zonas insuficientemente calefactadas o refrigeradas. |
| Intercambio radiante | Modeliza explícitamente el intercambio radiante entre superficies. Los usuarios tienen control sobre la absortancia solar y visible así como la emisividad de cada superficies. La temperatura de la superficie interviene en la transferencia de calor. Comentar que el programa utiliza un cálculo simplificado en lugar de factores visuales explícitos que consideren el área y orientación de las superficies | Modeliza el intercambio radiante sólo a través de coeficientes combinados radiante-convectivos aplicados a cada superficie. El intercambio radiante y convectivo no varían con la temperatura en superficies opacas. |
| Confort térmico | Permite recoger las temperaturas de las superficies para evaluar el confort radiante. Incluye diversos modelos de confort térmico. | NO puede modelizar directamente confort térmico dado que no recoge las temperaturas superficiales. |
| Instalaciones de climatización | Las instalaciones se desarrollan a partir de componentes, constituyendo una forma más robusta y flexible de especificar las características de la instalación. Mediante un mecanismo de plantillas simplifica el proceso de modelizado de las instalaciones, que de otra forma resulta más complejo. | Las instalaciones están prediseñadas. Esto supone ciertas limitaciones: 1. No es posible modelizar fácilmente ciertas instalaciones porque no se incluye modelo prediseñado. 2. Las mejoras en el programa (como enfriamiento evaporativo) tienen que implementarse en cada modelo. 3. Sólo puede asignarse un sistema a cada zona. |
| Ventilación por desplazamiento | Puede modelizar radiación y estratificación térmica mediante un modelo de estratificación de 3 nodos. Ambas capacidades son elementos críticos en el modelizado de la ventilación por desplazamiento. | Asume que el aire de las zonas está completamente mezclado con condiciones uniformes, que no es adecuado para modelizar la ventilación por desplazamiento. |
| Sistemas de distribución de aire a través de falso suelo | Puede modelizar este tipo de sistemas en zonas interiores y perimetrales. | Asume aire completamente mezclado, no adecuado para estos sistemas. No puede modelizar plenums de impulsión. |
| Sistemas radiantes de calor y frío | Puede modelizar sistemas radiantes en calefacción y refrigeración. | No incluye modelos de sistemas radiantes. |
| Ventilación natural | Puede modelizar ventilación natural a través del motor Airflow network, que incluye cálculos multizona considerando presión de viento y gradientes térmicos, simultáneamente con la respuesta térmica del edificio y el efecto de la ventilación mecánica. | Puede modelizar ventilación natural de forma simplficada a través de ventanas practicables en unos pocos sistemas monozona (RESYS, RESYS2, PSZ y EVAP-COOL). |
| Circuitos hidráulicos | Los sistemas de calor y frío pueden separarse en circuitos de distribución que pueden interconectarse. Esto proporciona un modelo mucho más preciso del consumo en bombeo. Permite por tanto evaluar sistemas de distribución alternativos como primario de caudal variable, primario/secundario y primario/secundario/terciario. | Esta capacidad sólo está incluida en eQuest (DOE 3.2). No se incluye en la versión DOE-2.1e. En 2.2 sólo existen configuraciones limitadas de sistemas de caudal constante y variable. |
| Transporte de humedad | El modelo combinado de transporte de calor y masa permite modelizar transporte de humedad y su efecto en las cargas de refrigeración. Despreciar este transporte puede originar errores en los intercambios sensibles y latentes. | No puede modelizar transporte de humedad. |
| Paso de simulación múltiple | Las cargas térmicas se calculan en base a un determinado paso de simulación y a continuación se procede a la simulación de la instalación. Las cargas a las que la instalación no ha podido hacer frente se recogen en el cálculo de la temperatura y humedad para el siguiente paso de simulación. El paso de simulación por defecto es de 15 minutos pero puede reducirse hasta 1 minuto. | Sólo puede calcular cargas en base horaria. No hay retroalimentación entre el cálculo de cargas y la simulación de las instalaciones. |
| Uso de agua | Energyplus permite calcular el consumo de agua | DOE-2 no tiene esta funcionalidad. |
| Energía renovable | Puede modelizar sistemas fotovoltaicos independientes o integrados en el edificio. | Sólo modeliza sistemas independientes. |
| Luz natural y su control | Energyplus tiene modelos detallados de iluminación natural | DOE-2 tiende a sobreestimar los aportes de luz natural. |
| Acristalamiento y control de sombreamiento | Energyplus disponde de más controles de sombreamiento para ventanas y lucernarios | DOE-2 dispone de controles de sombreamiento limitados. |
| Controles de Adaptación a la Demanda | Enerygplus dispone de controles de adaptación a la demanda para iluminación, equipos y termostatos. | DOE-2 no dispone de estos controles. |
| Iluminación exterior y su control | Energyplus puede modelizar iluminación exterior y su control. | DOE-2 no. |
| Cubierta Vegetal | Energyplus puede modelizar cubiertas vegetales. | DOE-2 no. |
| Confort Visual | Energyplus calcula confort visual | DOE-2 no. |
Es interesante la comparación, me inquieta el año de este análisis y el soporte bibliográfico.
Gracias.
Hola,
Post muy interesante. Me gustaría saber cual es la última versión de DOE-2 y desde cuando está disponible.
Gracias.
Echa un ojo a http://www.doe2.com/
Un saludo.
Desde mi punto de vista, el razonamiento es perfecto si se pretende entender al Calener como una herramienta de análisis energético, pero es que no lo es. El Calener sólo quiere comparar con un edificio de referencia, y decir si es peor o mejor respecto a dicho edificio. Pero para nada permite un análisis de un edificio, y aún peor, para nada un edificio con la mejor calificación en Calener implica que sea más «ecológico» que otro con peor calificación (depende de como sean ese año los factores de paso p.e.).
Es una pena que se haya y se esté invirtiendo en desarrollar un software como el Calener con un motor de cálculo obsoleto, que no contempla todos los escenarios, que el interface es pobre, que no termina de funcionar, etc., cuando el Energy-Plus es una herramienta gratuita, la única explicación que encuentro me la reservo.
Gracias Germán por esa tabla que nos viene muy bien a los que nos dedicamos a esto en serio.