DESIGNBUILDER (www.designbuilder.es) Descripcin y
CapacidadesDesignBuilder es software para el diseo de edificios
energticamente eficientes y sostenibles. El programa DesignBuilder
se desarrolla como un entorno de modelizacin de edificios amigable,
intuitivo y visual sobre el que se integran diferentes mdulos para
el clculo energtico y ambiental de los edificios. A pesar de esta
diferenciacin en mdulos, el entorno del programa es comn, y las
entradas de datos se comparten entre las diferentes herramientas de
clculo evitando duplicidades en la modelizacin.
Pantalla de modelado en DesignBuilder
Actualmente existen los mdulos de Visualizacin, Energyplus, CFD,
Iluminacin Natural y HVAC Detallado que ofrecen al usuario las
siguientes funcionalidades: MODELADO DEL EDIFICIO: Existen dos
elementos transversales al modelado en DesignBuilder de gran inters
e importancia prctica: las bibliotecas de componentes y de
plantillas. Los componentes y plantillas permiten agilizar
enormemente la definicin de los modelos, al contar con elementos ya
predefinidos que podemos cargar de una sola vez en el programa.
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As, DesignBuilder cuenta con numerosos elementos ya precargados,
listos para su uso (plantillas de cerramientos, horarios de
ocupacin, curvas de rendimiento, etc.). No obstante, siempre
podremos crear nuestras propias plantillas y componentes especficos
que nos faciliten en futuros modelos la introduccin de datos,
ahorrando un valioso tiempo especialmente si trabajamos sobre
tipologas similares de edificios.
Biblioteca de Componentes de DesignBuilder
Biblioteca de Plantillas de DesignBuilder
A continuacin se recogen las posibilidades de DesignBuilder en
cuanto a modelado se refiere: Modelado geomtrico: Modelado
tridimensional mediante operaciones de extrusin, corte, unin,
referencias a puntos, etc. Importacin de planos 2D en dxf con
referencias a puntos o de planos grficos (jpg, pdf, etc), como base
para el trazado del modelo. Importacin de modelos desde software
BIM (Revit y Archicad) mediante el formato de intercambio
gbxml.
Modelo importado desde Archicad a DesignBuilder
Modelo generado en DesignBuilder
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Modelado de envolvente trmica: Definicin de cerramientos simple
(masa trmica/aislamiento) o por capas, incluyendo la base de datos
de materiales del Cdigo Tcnico de la Edificacin. Definicin de una
cubierta vegetal para su simulacin. Definicin del acristalamiento
simple (factor solar y transmitancia) o detallado por capas,
incluyendo la base de datos IGDB con ms de 3.800 vidrios de los
principales fabricantes de todo el mundo.
Definicin de un cerramiento
Definicin de un acristalamiento
-
Definicin detallada de la carpintera: composicin, dimensiones de
marcos, travesaos, etc. Definicin paramtrica de lamas, persianas,
voladizos, vidrio electrocrmico, etc. as como su estrategia de
control en funcin de un horario, de niveles de radiacin,
temperaturas, etc.
Definicin de salientes laterales
Definicin de persianas venecianas
-
-
Definicin de la calidad de los cerramientos con respecto a
infiltraciones o bien la tasa de renovaciones hora por infiltracin
o bien los datos de un ensayo blower door, dependiendo del tipo de
anlisis. En caso de anlisis detallados de ventilacin natural,
deberemos definir las condiciones de apertura de ventanas y puertas
para que el programa calcule los caudales de ventilacin natural en
el edificio.
Modelado del uso de cada zona: Definicin de la ocupacin y tasa
metablica de las personas, junto con sus horarios. 3
-
-
Definicin de las consignas a mantener en cada zona para
controlar la calefaccin, la refrigeracin, posible ventilacin
natural, mecnica, deshumidificacin. Definicin de las cargas
internas, equipos informticos, de cocina, etc. y sus horarios.
Modelado de las instalaciones de iluminacin: Definicin de la
potencia por superficie y la iluminancia de cada zona del edificio
para la simulacin de los controles de iluminacin artificial en
funcin de sensores de luz natural. Definicin del tipo de control de
la iluminacin, la posicin del sensor y el rea a la que afecta.
-
Modelado de las instalaciones trmicas: El modelado de las
instalaciones de climatizacin y ACS puede realizarse en tres
niveles de complejidad: 1. Simple: mediante un sistema ideal y
rendimientos medios estacionales. 2. Compacto: mediante 5 tipologas
de instalaciones complejas para las que el programa solicita una
serie de datos bsicos y Energyplus completa la definicin con
valores por defecto de manera automtica: - Sistemas Autnomos Zona
nica o Multizona todo aire con bateras de fro/calor, recuperacin de
calor, enfriamiento gratuito, deshumidificacin, etc. - Fancoils: a
2 o 4 tubos. - Volumen de Aire Variable Constante: con recuperacin
de calor, enfriamiento gratuito, recalentamiento terminal, etc. 3.
Detallado: mediante un modelado grfico de tipo arrastrar y soltar y
la inteconexin entre sistemas es posible definir un abanico muy
amplio de instalaciones, contando con elementos como: - Sistemas
zonales: Radiadores de agua y elctricos, convectores, suelo
radiante, techos refrescantes, fancoils, splits, impulsin y
extraccin, unidades terminales VAV, etc. - Distribucin de Aire:
climatizadoras de aire primario, Unidades de Tratamiento de Aire
(con bateras de precalentamiento, humidificacin, recuperacin de
calor, etc), bateras de expansin directa o alimentadas por
enfriadora o caldera, bombas, ventiladores, etc. - Sistemas
primarios: enfriadoras aire-aire o alimentadas por torre y
calderas, individuales o en cascada con fraccionamiento de carga,
depsito de ACS autnomo o alimentado por caldera, etc.
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Modelizacin detallada de instalaciones en DesignBuilder
VISUALIZACIN El mdulo de visualizacin en DesignBuilder tiene dos
propsitos: Ofrecer una representacin visual atractiva del modelo
geomtrico del edificio mediante un renderizado realista y vistoso.
Realizar visualizaciones del efecto de los elementos de
sombreamiento en distintos instantes del ao, de cara a validar una
estrategia de proteccin solar o el diseo de un dispositivo de
sombra.
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Visualizacin del modelo en DesignBuilder
Anlisis de sombras exteriores e interiores
SIMULACIN ENERGTICA: La simulacin energtica es el ncleo
principal del programa y se basa en el motor de simulacin
Energyplus. ENERGYPLUS: DesignBuilder utiliza la ltima versin del
motor de simulacin Energyplus para realizar los clculos energticos.
Energyplus es un motor de clculo reconocido a nivel mundial, y en
continuo desarrollo por el Departamento de Energa de los EEUU. Con
cada nueva versin se implementan nuevas funcionalidades situando al
motor como referencia internacional en capacidad de simulacin.
Energyplus es un motor de simulacin gratuito. Sin embargo, su
complejidad radica en la entrada de datos (a travs de un lenguaje
propio que debe utilizarse un entorno tipo bloc de notas).
Energyplus est pensado para que se desarrollen en torno al mismo,
aplicaciones grficas y manejables que aprovechen su potencia de
clculo, aplicaciones como DesignBuilder, la primera y ms completa
del mercado. La simulacin mediante Energyplus en DesignBuilder es
totalmente transparente al usuario. Es decir, DesignBuilder lleva
integrado Energyplus de forma que cuando pulsamos el botn de
Simular, automticamente se lanza el clculo en Energyplus y
DesignBuilder recoge los resultados que ste le proporciona para
mostrarlos grfica y numricamente. Energyplus es un motor sumamente
completo y complejo, del que DesignBuilder incorpora sus
principales funcionalidades pero necesariamente no todas (sirva de
idea que el manual de programacin de la entrada de datos de
Energyplus tiene ms de 6
2.200 pginas). Sin embargo, siempre existe la posibilidad de
exportar el modelo desde DesignBuilder a formato Energyplus y
trabajar con l externamente para incorporar aquel elemento que
pueda haber quedado fuera del alcance de DesignBuilder. Entre
otras, las funcionalidades que DesignBuilder proporciona a travs de
la simulacin mediante Energyplus son las siguientes: Clculo de
cargas DesignBuilder implementa de forma especfica el clculo de
cargas mximas de calefaccin y refrigeracin conforme al estndar
ASHRAE. Esta funcionalidad es especialmente interesante de cara al
dimensionado de las instalaciones llevado a cabo desde las
ingenieras. Clculo de la demanda de calefaccin y refrigeracin.
Mediante una opcin sencilla del programa, es posible calcular la
demanda de forma gil durante las primeras etapas del diseo o
orientado a la mejora del diseo bioclimtico del edificio, sin
entrar a modelar en detalle las instalaciones de climatizacin.
Clculo de los consumos de calefaccin, refrigeracin y ACS y de las
emisiones de CO2 Introduciendo las instalaciones, que pueden
modelizarse en diferentes niveles de detalle y complejidad,
obtenemos los consumos energticos y el gasto en combustible
(electricidad, gas, biomasa, etc.) as como las emisiones de CO2
asociadas. Clculo de las condiciones ambientales interiores Est
climatizado o no, obtenemos resultados de las condiciones
interiores del edificio, temperatura y humedad, en cualquier
instante del ao. Clculo de las condiciones de confort Mediante
diversos ndices de confort, como el PMV, PPD, la temperatura
operativa o el porcentaje de horas a determinadas temperaturas,
incorporados dentro de los resultados que DesignBuilder puede
mostrarnos. Balance Trmico DesignBuilder nos mostrar las ganancias
solares, por ocupacin, iluminacin, etc. as como las prdidas en
ventilacin, transmisin de cerramientos, etc. dndonos valiosa
informacin acerca de los elementos ms crticos en el balance trmico
de nuestro edificio.
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-
Ventilacin Podremos obtener las renovaciones/hora que tenemos en
el edificio as como los caudales que entran por cada abertura, en
caso de que hayamos realizado un clculo de Ventilacin Natural.
-
Informes tipo Es posible generar los informes resumen de
Energyplus desde DesignBuilder. Estos informes agrupan mucha
informacin relativa al modelo y los resultados y se utilizan
habitualmente como justificacin en certificaciones como LEED.
DBSIM: DBSim (en fase beta) es un motor de simulacin
desarrollado por DesignBuilder que puede seleccionarse como
alternativa al clculo mediante Energyplus. Sin tanta potencia como
Energyplus, su principal ventaja radica en la rapidez en el clculo,
permitiendo realizar anlisis muy rpidos en edificios de gran
complejidad. Est pensado para las primeras etapas de diseo o para
clculos de demanda donde no sea necesario modelizar las
instalaciones en detalle. La variedad de resultados (consumos,
emisiones, temperaturas, etc.) es equivalente a los obtenidos desde
Energyplus.
Grficas de resultados en DesignBuilder
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ILUMINACIN NATURAL DesignBuilder aprovecha la definicin
geomtrica de nuestro edificio, junto con las caractersticas
superficiales de los cerramientos ya definidas, para alimentar al
motor de simulacin de iluminacin natural Radiance. Radiance es un
estndar reconocido internacionalmente para la simulacin de
iluminacin natural basado en Raytracing. Mediante Radiance y de
nuevo de forma totalmente transparente al usuario, DesignBuilder es
capaz de calcular y generar grficas de iluminancias y Factor de Luz
Da e informes resumen de accesibilidad a la luz natural de nuestro
edificio. Esta funcionalidad permite, por un lado, servir de ayuda
al diseo de estrategias encaminadas al aprovechamiento de la luz
natural, y por otro, justificar diversas certificaciones como LEED
o BREEAM con los informes automticos generados por
DesignBuilder.
Grficas de iluminancia y factor de luz da e informe
justificativo LEED generado por DesignBuilder.
CFD El mdulo de CFD (Dinmica de Fluidos Computacional) de
DesignBuilder es un mdulo que aprovecha la geometra de nuestro
modelo para realizar simulaciones de flujos de aire y calor tanto
en el exterior como en el interior de los edificios. A diferencia
de la simulacin con Energyplus, donde se trabaja con valores
homogneos para cada zona trmica, la simulacin CFD divide el espacio
en pequeos volmenes para los que se calculan las condiciones del
aire (temperatura, velocidad y presin) en rgimen estacionario en
funcin de las condiciones de contorno que hayamos establecido
(caudales que entran por las ventanas, temperaturas de los
cerramientos, etc.).
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El mdulo CFD no calcula consumos energticos sino la distribucin
espacial de presiones y velocidades en el exterior de nuestro
edificio (anlisis de viento) y de presiones, velocidades y
temperaturas en el interior (anlisis de flujos de aire y calor). Su
interrelacin con el resto del interface de DesignBuilder se da de
la siguiente manera. Por un lado aprovechamos la geometra que
hayamos definido en nuestro modelo y por otro, podemos utilizar los
resultados de una simulacin de Energyplus para cargar de forma
automtica los caudales de aire en las aberturas o las temperaturas
de los diferentes cerramientos. De manera especfica, en el CFD
deberemos dibujar elementos como radiadores, rejillas de impulsin,
o personas, para configurar el espacio 3D para la simulacin CFD,
dado que dichos elementos no se modelizan con sus dimensiones y
ubicacin fsica real para las simulaciones en Energyplus.
Adicionalmente a presiones, velocidades o temperaturas de aire, el
CFD de DesignBuilder calcula la distribucin espacial de los ndices
de confort (temperatura operativa, PMV, PPD), as como la antigedad
o la tasa de renovacin efectiva del aire. El CFD de DesignBuilder
representa dos ventajas principales con respecto a otros motores
CFD: Su facilidad de uso. Se ha orientado exclusivamente a
edificacin, simplificando en gran medida la entrada de datos con
respecto motores ms generales. Teniendo la geometra ya definida en
DesignBuilder, lanzar la simulacin CFD puede llevar tan slo unos
minutos. Su capacidad de importar las condiciones de contorno
(flujos de aire a travs de aberturas y temperatura de cerramientos)
desde los resultados de una simulacin con Energyplus.
-
Resultados de CFD interior en DesignBuilder
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Resultados de CFD exterior en DesignBuilder
EXPORTACIN Adems de la exportacin en formato grfico de
resultados e imgenes generadas en DesignBuilder as como de los
resultados numricos a Excel, es posible exportar el modelo generado
en los siguientes formatos: DXF 3D Permitiendo la visualizacin en
otros entornos grficos, como Sketchup.
Modelos exportados a Sketchup y completados (rboles, vehculos,
farolas).
LIDER (CTE) Facilitando la justificacin de la opcin general del
HE1 del Cdigo Tcnico de la Edificacin as como la Certificacin
Energtica mediante Calener.
Modelo de DesignBuilder exportado a Lider/Calener VYP
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NUEVAS FUNCIONALIDADES DesignBuilder es un software en continua
evolucin, que cada da va incorporando nuevas funcionalidades,
enriqueciendo el potencial de sus clculos y la versatilidad del
programa. Entre algunos de los desarrollos que actualmente estn en
marcha y de los que ya pueden obtenerse ciertos resultados estn:
ACV Mediante la incorporacin de datos de Carbono embebido en los
materiales y una entrada de datos para el transporte, DesignBuilder
pretende incorporar el clculo del ciclo de vida del edificio dentro
de sus funcionalidades. ANLISIS ECONMICO Parametrizando variables
econmicas dentro de la introduccin de datos, ser posible realizar
anlisis econmicos aplicados a las medidas de mejora y los ahorros
energticos. OPTIMIZACIN La integracin de algoritmos de optimizacin
permitir seleccionar una funcin objetivo como coste o emisiones de
CO2 y optimizar las variables de diseo respecto a ella.
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Proceso de aplicacin de DesignBuilder a un proyecto de
edificacinFASE 1. MODELADO GEOMTRICO A partir de los planos en CAD
o imgenes que nos sirvan de plantilla, o bien mediante la
introduccin directa de las medidas en DesignBuilder vamos
definiendo la geometra del edificio mediante bloques, operaciones
con bloques y particionado en zonas.
Botones para la generacin de la geometra
Diferentes tipos de bloque
Rotacin de un bloque
Divisin de un bloque en zonas
Geometra final del modelo
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FASE 2. DEFINICIN DE ENVOLVENTES Y USOS Durante esta fase se
introducen los parmetros que afectan a la envolvente (composicin de
los cerramientos y el acristalamiento, dispositivos de sombra,
etc.) as como las condiciones de uso para cada zona del edificio
(ocupacin, horarios de uso, cargas internas, consignas de calor y
fro, etc.).
Pestaa de entrada de datos de Uso
Pestaa de definicin del acristalamiento
FASE 3. DEFINICIN DE INSTALACIONES DE ILUMINACIN Se define la
potencia instalada y tipo de luminaria en cada zona as como la
posible ubicacin de sensores de luz natural.
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Pestaa de entrada de datos de Iluminacin
Posicionamiento del sensor de luz
FASE 4. DEFINICIN DE INSTALACIONES DE CLIMATIZACIN Y ACS En
funcin del nivel de detalle elegido podremos modelizarlas en la
pestaa correspondiente o mediante el modelado grfico de las
mismas.
Pestaa de entrada de datos de instalaciones
Modelado detallado de las instalaciones
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FASE 5. EJECUCIN DE LAS SIMULACIONES E INTERPRETACIN DE
RESULTADOS. Para obtener las potencias mximas para el clculo de
cargas o analizar lo que sucede hora a hora (o incluso cada 5
minutos) en nuestro modelo de edificio, es necesario lanzar los
clculos pertinentes desde DesignBuilder. En funcin de los
resultados que deseemos generar, marcaremos las correspondientes
opciones y tanto la visualizacin de las grficas de resultados como
el anlisis y procesamiento de los valores numricos nos servirn
durante una de las fases ms importantes del proceso de evaluacin:
la interpretacin de los resultados y toma de decisiones de
diseo.
Anlisis de resultados
FASE 6. ESTUDIOS EN DETALLE. Cuando la profundidad del estudio o
determinadas caractersticas del diseo as lo requieran, puede ser
necesario realizar estudios ms avanzados, como clculos de
ventilacin natural o anlisis CFD. En estos casos, generalmente se
reduce el campo de anlisis a determinadas zonas o elementos
crticos, y se desarrolla el modelo ms all, introduciendo parmetros
ms complejos o modelos ms detallados (elementos interiores,
mobiliario, etc.) para estudios CFD. Este tipo de estudios nos
ayudan a la toma de decisiones de diseo, si bien, en general, se
trata ms de estudios cualitativos que cuantitativos, y resulta
difcil
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transformar los resultados en cantidades absolutas de ahorros
energticos o econmicos.
Estudios complementarios mediante el CFD de DesignBuilder
FASE 7. REDISEO Y REINICIO/FIN En esta fase, se implementan las
modificaciones que se han desarrollado en las dos fases anteriores
o bien se da por finalizado el diseo del edificio, recogiendo los
resultados finales obtenidos. En caso de que se vaya a continuar
evaluando las nuevas modificaciones con el objeto de afinar an ms
el modelo, se retomarn fases previas, repitiendo las secuencias de
anlisis.
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