El papel de los modelos energéticos en la fase de diseño de los proyectos de rehabilitación

El Instituto Tecnológico de Aragón ITAINNOVA coordina INPERSO, este proyecto europeo que aborda el tema de paredes prefabricadas avanzadas y fachadas impresas en 3D para reducir residuos, costes y tiempo de construcción; calefacción y ventilación de alta eficiencia; soluciones innovadoras de energía renovable… Son algunas de las soluciones tecnológicas que pueden unir rehabilitación de edificios y ecología.

Los edificios de energía casi nula (NZEB) son edificios que tienen un rendimiento energético muy alto, mientras que requieren una cantidad de energía casi nula o muy baja, que se cubre casi en su totalidad con fuentes renovables producidas en el sitio o cerca. La remodelación de edificios existentes hacia NZEB, al tiempo que garantiza la satisfacción y el bienestar de los residentes, es un desafío. Este es uno de los retos que aborda INPERSO, un proyecto que implementará soluciones innovadoras, flexibles para adaptarse a las características y necesidades específicas de cada edificio y usuario. También se emplearán procesos industrializados y digitalizados para mejorar los trabajos de rehabilitación, reduciendo tanto el tiempo como las molestias. INPERSO tiene como objetivo abordar de manera efectiva las necesidades de los usuarios finales, mejorar la habitabilidad de los edificios y reducir los costos de energía asociados con la renovación y el uso de las tecnologías implementadas.

La longevidad de los edificios significa que «aseguran» su rendimiento durante las próximas décadas. Por lo tanto, las renovaciones deben diseñarse para mitigar los posibles impactos negativos de un clima cambiante. Ya se han emprendido tareas destinadas a abordar estos desafíos, incluidas en el paquete de trabajo de validación y demostración (WP5) de INPERSO. Entre otros, se han creado modelos de simulación dinámica del estado actual de los tres Demo Cases (DCs): DC1, un edificio plurifamiliar ubicado en Valencia (España) de ACCIONA; DC2, un complejo monástico patrimonial en Velp (Países Bajos) de la Universidad de Tampere; y DC3, un albergue social en Vouliagmeni (Grecia) de Advanced Management Solutions (AMS).

¿Por qué se utilizan simulaciones dinámicas? Las simulaciones dinámicas permiten la evaluación precisa de todos los factores antes mencionados (es decir, confort térmico, rendimiento energético, etc.) en una etapa temprana, pero necesitan datos de entrada detallados para las condiciones climáticas y las propiedades del edificio. En este sentido, se han seguido varios pasos para definir con precisión los modelos dinámicos:

– Inspección precisa de cada edificio a través de un estudio de campo e inspección visual, considerando el material y la composición de los componentes de construcción únicos y complejos. Esto incluye toda la envolvente del edificio, paredes internas y cerramientos externos e internos. Las cargas térmicas internas también se tienen en cuenta, se posicionan y se definen.

– Definición geométrica del edificio en base a sus dimensiones reales, distribución, aperturas y detalles. La orientación y el posicionamiento se determinan a escala de vecindario, lo que permite el estudio de iluminación y sombras. Finalmente, se define la zonificación de los espacios interiores según su ubicación en la edificación y uso.

– Recopilación de datos (es decir, geometría, material, zonificación, usos, etc.) para crear un modelo digital del Demo Case en su estado actual utilizando el software de simulación seleccionado. Las cifras generadas por esta simulación, como resultado, caracterizan el estado energético inicial y el rendimiento del edificio.

La construcción de un modelo digital para los edificios de demostración responde, en términos generales, a un doble propósito:

– Por un lado, proporcionará información muy útil para elegir y definir las diferentes medidas que se aplicarán en cada caso de demostración, ayudando a la toma de decisiones en el consorcio.

– Por otro lado, apoyará una implementación efectiva de las medidas seleccionadas, reduciendo la brecha entre el desempeño real y esperado del edificio.

Ambos propósitos resumen brevemente el papel de los modelos energéticos en la fase de diseño de los proyectos de rehabilitación, destacando la necesidad de incluirlos desde una fase temprana para evitar las deficiencias existentes en las prácticas actuales al respecto.

Grant Agreement Number 101069820.

English version

The role of energy models in the design phase of renovation projects

Nearly Zero-Energy Buildings (NZEB), are buildings that have a very high energy performance, while they require nearly zero or very low amount of energy, which is covered almost fully from renewable sources produced on-site or nearby. The refurbishment of existing buildings toward NZEB, while ensuring the residents’ satisfaction and well-being is challenging. This is one of the challenges addressed in INPERSO, a project which will implement innovative solutions, flexible to adapt to the specific characteristics and needs of each building and user. Industrialised and digitalised processes will also be employed to improve retrofit works, reducing both time and disturbance. INPERSO aims to effectively address the end users’ needs, enhance the habitability of buildings, and reduce energy costs associated with refurbishment and use of the implemented technologies.

The longevity of buildings means they ‘lock-in’ their performance for decades to come. Thus, renovations need to be designed to mitigate the possible negative impacts of a changing climate. Tasks aimed at addressing these challenges, included in the validation and demonstration work package (WP5) of INPERSO, have already been undertaken. Among others, dynamic simulation models of the current status of the three Demo Cases (DCs) have been created: DC1, a multifamily building located in Valencia (Spain) by ACCIONA; DC2, a heritage monastery complex in Velp (Netherlands) by Tampere University; and DC3, a social shelter in Vouliagmeni (Greece) by Advanced Management Solutions (AMS).

Why are dynamic simulations used? Dynamic simulations enable the accurate evaluation of all the aforementioned factors (i.e., thermal comfort, energy performance, etc.) at an early stage, but they need detailed input data for climatic conditions and building properties. In this respect, several steps have been followed to precisely define the dynamic models:

– Accurate survey of each building through field survey and visual inspection, considering material and composition of single and complex building components. This includes the entire building envelope, inner walls, and external and internal closings. Internal heat loads are also taken into account, positioned and defined.

– Geometrical building definition based on its real dimensions, distribution, openings, and details. Orientation and positioning are determined at the neighbourhood scale enabling lighting and shadowing study. Finally, zoning of interior spaces is defined according to its location in the building and use.

– Data collection (i.e., geometry, material, zoning, uses, etc.) to create a digital model of the Demo Case in its current state using the selected simulation software. Figures generated by this simulation, as a result, characterise the initial energy state and performance of the building.

The construction of a digital model for the demo buildings responds, in general terms, to a double purpose:

– On the one hand, it will provide very useful information to choose and define the different measures that will be applied in each demo case, helping the decision-making process in the consortium.

– On the other hand, it will support an effective implementation of the selected measures, reducing the gap between actual and expected building performance.

Both purposes briefly summarise the role of energy models in the design phase of renovation projects, highlighting the need to include them from an early stage to avoid existing deficiencies of the current practices in this regard.

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