En la masterclass impartida por Ismael Lozano, docente del Máster Oficial Online en Energías Renovables y Sostenibilidad Energética de la UEMC, se exploraron los principios teóricos y prácticos del modelado energético aplicado a edificios. Este enfoque resulta esencial en el contexto actual de sostenibilidad y eficiencia energética, ya que permite predecir, analizar y optimizar el comportamiento energético de las edificaciones. 

En la ponencia, organizada por UEMC Business School, se abordaron cuatro temas principales: los fundamentos del modelado energético, variables clave, cargas térmicas y la simulación avanzada mediante el uso de un software especializado como TRNSYS.

¿Qué es el modelado energético?

El modelado energético de edificios consiste en una representación simplificada de la realidad que permite analizar el comportamiento térmico de una edificación en función de sus características físicas, el clima y los sistemas de generación energética. Mediante modelos matemáticos y simulaciones computacionales, se busca conseguir un equilibrio entre el confort del usuario y la eficiencia en el uso de recursos energéticos.

La simulación energética es un componente esencial del modelado, que implica la ejecución de ecuaciones y la integración de datos para prever el comportamiento de un edificio bajo diversas condiciones. Esta técnica no solo es útil en el diseño y evaluación de sistemas, sino también en su optimización para reducir consumos y emisiones. Además, permite identificar las condiciones óptimas de operación sin necesidad de realizar pruebas físicas extensas, lo que contribuye significativamente a la sostenibilidad en el sector de la construcción.

Variables ambientales y su impacto

El análisis de las variables ambientales, como la temperatura, la humedad y la radiación solar, es otro pilar fundamental en el modelado energético. Estos parámetros varían según el clima y la ubicación geográfica del edificio. Para este análisis, los datos climáticos históricos y las herramientas de monitoreo in situ, como los servicios meteorológicos o plataformas como PVGIS, son esenciales para proyectar el rendimiento energético de un edificio bajo diferentes condiciones.

Además, la severidad climática de una región (combinando grados-día de calefacción y radiación solar local) influye directamente en la demanda energética. Este factor permite establecer comparaciones en eficiencia energética según las zonas climáticas definidas en el Código Técnico de la Edificación (CTE) en España.

Cargas térmicas exteriores e interiores

Las cargas térmicas se generan por la interacción entre el edificio y su entorno. Estas cargas se transmiten a través de los cerramientos, cuya capacidad de resistir el calor varía según factores como el color, las infiltraciones de aire y las características de los materiales.

• Color y diseño de cerramientos: Los colores de los cerramientos afectan la absorción de radiación solar, mientras que las infiltraciones de aire a través de grietas o aberturas contribuyen al intercambio no controlado de calor.
• Cerramientos semitransparentes: Estos pueden generar cargas térmicas tanto sensibles (calor) como latentes (humedad), dependiendo de su diseño y funcionamiento.

Las cargas térmicas también incluyen las generadas por la ventilación obligatoria, necesaria para mantener el confort interno, así como las infiltraciones, que dependen de la permeabilidad de los huecos en la estructura y de la diferencia de presión entre el interior y el exterior.

El confort térmico en el interior del edificio se alcanza mediante el equilibrio entre las cargas térmicas internas (producidas por la actividad de los usuarios, equipos y la iluminación) y las condiciones ambientales. Factores como la temperatura operativa, la temperatura radiante y la humedad relativa y absoluta juegan un papel crucial en este balance.

El modelo también tiene en cuenta la distribución vertical de la temperatura en sistemas de calefacción, destacando las diferencias de eficiencia entre radiadores y sistemas de suelo radiante. Mientras que los radiadores concentran el calor en la parte superior del espacio, los sistemas de suelo radiante distribuyen el calor de forma uniforme.

Simulación avanzada con TRNSYS

TRNSYS (Transient System Simulation Program) es un software especializado en la simulación de sistemas térmicos y eléctricos en edificios. Este programa modular permite modelar y simular los componentes de un edificio bajo condiciones variables, realizando simulaciones precisas.

El proceso de simulación en TRNSYS comienza con el diseño preliminar de las zonas y la selección de componentes que mejor se adaptan al caso. Las gráficas generadas por el software recomiendan un método de trabajo claro: cada componente debe ser comprendido y probado rigurosamente, asegurando que el modelo se guarda regularmente y que los resultados se controlan de forma continua.

La validación del modelo es esencial, y se realiza comparando los resultados simulados con datos reales, certificados energéticos o incluso facturas energéticas de edificios ya construidos. Como señala Lozano, “un modelo nunca es completamente idéntico a la realidad, por lo que se deben ajustar parámetros para que los resultados cumplan con los requerimientos específicos del proyecto”.

Beneficios de la simulación para la optimización energética

Las gráficas en TRNSYS permiten analizar cómo interactúan los sistemas de calefacción, ventilación y climatización, observando cómo varía su eficiencia bajo distintas condiciones de carga. Esto es especialmente útil para optimizar los consumos, minimizar las emisiones de CO₂ y reducir los costes operativos. Además, los resultados de la simulación ayudan a identificar posibles fallos en los sistemas de control, proponiendo mejoras que mantengan el confort de los usuarios de manera eficiente.

En conclusión, el modelado y simulación energética de edificios es una herramienta clave para la gestión sostenible y eficiente de los recursos en la construcción y operación de edificaciones. Gracias a programas como TRNSYS, es posible evaluar, validar y optimizar modelos energéticos con gran precisión, consolidando el modelado energético como un pilar fundamental para la construcción sostenible y la eficiencia energética.

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