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Definición geométrica con OpenStudio

Álvaro Rebé Sanz | 5 mayo, 2021

Para realizar una simulación energética de un edificio debemos tener un modelo que represente la geometría que queremos estudiar, este modelo puede ser más o menos complejo y debe responder a unas normas de diseño, diferentes a la que se siguen en el diseño arquitectónico. Necesitamos un modelo térmico o energético del edificio

En este artículo vamos a introducir el flujo de trabajo de OpenStudio, en relación con esta necesidad de definir el modelo térmico del edificio, vamos a presentar varias opciones o posibilidades que engloban distintos flujos de trabajo y diferentes programas o herramientas. Con el Máster en BIM y Gestión Eficiente de la Energía recibirás los conocimientos para utilizar herramientas de análisis, modelado y simulación de instalaciones.

Todo lo que debes saber sobre OpenStudio

Aunque para muchos OpenStudio es una herramienta habitual de trabajo y conocen perfectamente su funcionamiento, debemos comenzar la entrada con una breve introducción acerca del programa, ¿Qué es OpenStudio? ¿Cuál es su función?

OpenStudio es una colección de herramientas para modelar y realizar simulaciones energéticas de edificios y cuenta con EnergyPlus como motor de cálculo energético y Radiance para realizar análisis de luz natural.

Se trata de una de las herramientas más potentes actualmente para realizar estudios energéticos, desarrollada en colaboración por NREL, ANL, LBNL, ORNL y PNNL. Además es un software gratuito y de código abierto

De una forma resumida podemos definir la aplicación de OpenStudio como una interfaz gráfica de EnergyPlus, que facilita la introducción de datos, la definición de sistemas de climatización, la visualización de resultado.

En definitiva, hace amigable trabajar con EnergyPlus, que aunque es una opción de cálculo muy potente no es una opción viable para usuarios medios. 

Es importante mencionar que vamos a utilizar la última versión disponible de OpenStudio a fecha de redacción de este documento (OpenStudio SDK versión: 3.1.0), ya que en función de la versión que utilicemos se podrá seguir un flujo de trabajo diferente.

Formas de definir una geometría válida

Definición Geométrica con OpenStudio
Elaboración propia

Hay varias formas de definir una geometría válida para realizar modelo compatible con OpenStudio; 

  • Existe la posibilidad de definir geometría simple mediante el editor FlooespaceJS.
  • A través de un complemento, incluido en la distribución de OpenStudio, se puede utilizar SketchUp
  • Se puede utilizar programas CAD que tengan disponible la exportación al formato gbXML.
  • También es posible utilizar geometría definida en el lenguaje nativo de EnergyPlus (IDF)
  • Por último, se puede utilizar geometría generada desde otros programas de modelado con una exportación compatible con el formato de OpenStudio (OSM)

FloorspaceJS


Elaboración propia

FloorSpaceJS es un editor de geometría en 2D, indicado para definir en OpenStudio directamente modelos de edificios con una geometría no demasiado compleja. 

La definición geométrica se basa en la introducción de planos, imágenes… para modelar las distintas plantas de nuestro edificio. Ya que tanto EnergyPlus como OpenStudio trabajan con modelos tridimensionales del edificio, OpenStudio transforma la geometría 2D introducida en modelos 3D válidos.

Desde FloorSpaceJS es posible definir tanto la geometría exterior del edificio agregando condiciones de contorno, definir los distintos espacios del edificio; indicando las cargas internas, construcciones… Es posible agrupar esos espacios en zonas térmicas para posteriormente definir termostatos y sistemas de climatización, crear sub superficies (ventanas y puertas), modificar todas las referencias a lenguaje natural…

Elaboración propia

OpenStudio SketchUp Plug-in

Elaboración propia

La definición del modelo del edificio a través del Plug-in de SketchUp es posiblemente la opción más extendida. SketchUp es un programa de modelado 3D que permite generar modelos térmicos del edificio con las características propias de OpenStudio. 

En función de la versión de OpenStudio con la que estemos trabajando tendremos que utilizar una versión compatible de SketchUp. Por ejemplo, en mi caso, para trabajar con la versión  3.1.0 de OpenStudio (OpenStudio Application Version 1.1.0 y OpenStudio SketchUp Plug-in Version 1.1.0), las versiones compatibles de SketchUp son SketchUp Pro 2019 y SketchUp Pro 2020.

Una de las razones por las que se popularizo el uso de este flujo de trabajo fue la posibilidad de utilizar el plug-in en versiones gratuitas de SketchUp, esta situación ha cambiado en los últimos años y SketchUp Pro 2019 y 2020 son herramientas comerciales y no tiene una versión gratuita. 

Continuando con las posibilidades que nos ofrece SketchUp, además de permitir la definición geométrica del edificio en la propia interfaz de SketchUp, se pueden realizar importaciones/exportaciones con otros formatos compatibles como; OSM, IDF, gbXML y SSD.

Elaboración propia

A través del Plug-in SketchUp permite, además de la definición geométrica del edificio, definir información sobre el modelo de OpenStudio a través de OpenStudio Inspector. Aunque es seguro que a la larga tendrás que definir algunos elementos directamente en OpenStudio, la posibilidad de trabajar en un 3D real y asignar directamente características a los elementos definidos es una opción muy intuitiva.

Elaboración propia

Formato gbXML

Elaboración propia

El formato gbXML es utilizado para facilitar la transferencia de propiedades de un edificio modelado con BIM a aplicaciones de cálculos energéticos. En la web de gbXML tenemos una lista con algún software que tiene la posibilidad de realizar exportaciones a este formato.

En esta primera imagen tenemos una visualización del modelo 3D, importado desde un archivo con formato gbXML, antes de integrarlo en OpenStudio. Este visor es Spider gbXML Viewer Basic y forma parte de un grupo de herramientas de diseño y análisis muy potentes llamado Ladybug Tools.

Elaboración propia

En esta imagen podemos ver como se ha integrado la geometría del archivo gbXML en el flujo de trabajo de OpenStudio. A partir de esta geometría podremos seguir trabajando en OpenStudio igual que si hubiéramos empleado alguno de los procesos anteriores.

Elaboración propia

Modelos compatibles con EnergyPlus (IDF) y OpenStudio (OSM)

IDF es el formato de datos de entrada de referencia en EnergyPlus y es posible compartir este archivo con OpenStudio. Al igual que en el caso de SketchUp, es necesario que los archivos IDF están en actualizados a la versión que utilice OpenStudio, en el caso de la versión de OpenStudio 3.1.0 la versión de EnergyPlus compatible es la 9.4. 

Es posible trabajar con archivos IDF generados con una versión anterior, utilizando IDF Version Updater, que es una funcionalidad incluida dentro del paquete de instalación de EnergyPlus.

OSM es el formato de datos de entrada propio de OpenStudio. Se puede compartir geometría entre varios modelos de OpenStudio o utilizar programas que cuenten con una exportación válida a este formato.

Programas de certificación energética o justificación del CTE según la normativa española como CYPE a través del programa Cypetherm HE Plus o TeKton3D, realizan una exportación a EnergyPlus para calcular y obtener resultados de la simulación energética del edificio. Es posible aprovechar esos archivos IDF para importar la geometría a OpenStudio.

Elaboración propia

Ejemplo de exportación de Tekton3D al formato OSM

Elaboración propia

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