El potencial de la metodología BIM para gestionar la información energética de los proyectos de edificación

Por Diego Paniagua Padilla

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Arquitectura

16 de Nov de 2022 · Ingeniería y Edificación

El sector de la arquitectura, la ingeniería y la construcción debe integrarse en el continuo progreso de la digitalización e informatización de la sociedad. La metodología BIM permite modelar un edificio en tres dimensiones, con la particularidad de que los elementos modelados contienen información geométrica, numérica, física y térmica. Estos elementos se encuentran parametrizados, lo que permite actualizar cualquier cambio en los mismos de forma inmediata tanto en el modelo tridimensional como en las representaciones en dos dimensiones. Por otro lado, la lucha contra el cambio climático requiere de la involucración del sector de la construcción y los edificios, pues estos representan en torno al 40% de las emisiones de gases de efecto invernadero y del consumo de energía mundial. Para ello, se torna fundamental verificar el rendimiento energético de los proyectos. En España, existen al menos seis programas reconocidos por el Estado para certificar las emisiones de CO2 y el consumo de energía de los edificios.

Estos programas cuentan con limitaciones técnicas y económicas a la hora de importar los modelos creados bajo la metodología BIM. No obstante, existe un gran potencial en este ámbito. Por un lado, el software BIM puede incorporar complementos que realicen las funciones de los programas de cálculo energético. Por otro lado, estos últimos pueden mejorar su capacidad de importación de archivos IFC, con la intención de evitar el modelado de un proyecto dos veces, primero en un programa BIM y en segundo lugar en el propio programa de cálculo energético.


Abstract

The architecture, engineering and construction sector must integrate itself in the progress of society’s digitalization. BIM let us modelling a building in its three dimensions, allowing them to hold geometric, physic and thermic information. The elements are parametrized, which means that any change in the model would automatically and immediately updated in all representations. On the other hand, the fight against climate change needs the full participation of the construction and buildings sector, as these represent around the 40% of greenhouse gas emissions and total energy consumed worldwide. In order to achieve it, it is essential to verify the energy performance of the projects. In Spain, there are at least six programmes recognised by the Government to certify the CO2 emissions and the energy use of the buildings.

These programmes have economic and technical limitations when importing the BIM models. Nevertheless, there is a great potential in this field. On the one hand, BIM software could incorporate the plug-ins that allow the energy calculations. On the other hand, these energy programmes could improve its BIM importing tools, so the project does not have to be developed twice: the first with the BIM software and the second with the energetic programmes.

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1. Introducción

El sector de la construcción y los edificios representan en torno al 40% de toda la energía consumida mundialmente, del 40% de las emisiones de gases de efecto invernadero y de un tercio del agua consumida y los residuos generados. (Dirección General de medio ambiente de la Comisión Europea, 2021) En un mundo cada vez más globalizado e informatizado, se torna necesario contar con las herramientas, programas y métodos que permitan agilizar la obtención y modificación de información energética de un edificio, con vistas a que el sector no se quede al margen de los avances de la digitalización y pueda aportar su valor en la lucha contra el cambio climático.

Este PFM pretende demostrar que la metodología BIM ayuda a simplificar los procesos a la hora de obtener información energética de un proyecto y, en especial, a gestionar con agilidad la reelaboración de dicha información tras los cambios y adaptaciones que pueda sufrir un proyecto a lo largo de su vida, desde el anteproyecto hasta su finalización, pasando por el proyecto básico y de ejecución.

2. Justificación

La hipótesis del trabajo fin de máster consiste en plantear que la metodología BIM puede posicionarse como una herramienta de trabajo útil y eficaz en lo que se refiere a la obtención de información de ahorro energético, frente a métodos de trabajo más convencionales como puedan ser el dibujo asistido por ordenador (CAD).

2.1. ¿Por qué centrarse en la eficiencia energética?

La respuesta es sencilla: porque tal y como se ha visto en la introducción, los edificios y el sector de la construcción son responsables de en torno a un 40% del calentamiento global y del cambio climático asociado al mismo, los cuales son dos de las mayores preocupaciones en la actualidad política internacional. (Nullis, 2022)

2.2. ¿Por qué apostar por la metodología BIM?

En BIM, los cambios que hagamos en el proyecto, se actualizan automáticamente en todos los ámbitos (gráficos y de información), mientras que si usamos CAD, las modificaciones deberán traspasarse al programa de cálculo e información energética o viceversa.

La metodología BIM también permite operar con archivos IFC, es decir, un formato de archivo estándar y abierto que posibilita el intercambio de información entre las aplicaciones desarrolladas por diferentes software. (BIBLUS, 2021)

3. Objetivos

El objetivo principal radica en demostrar que la hipótesis planteada está en lo cierto, siguiendo un proceso de investigación lo más objetivo posible, a través del cual se llegue a unas conclusiones que deberían ser idénticas a las de otro investigador que formulase la misma hipótesis y siguiese la misma metodología. Para ello, se establecerán hasta cinco objetivos secundarios que ayudarán a lograr el objetivo principal:

  • Comparar la metodología de trabajo para la redacción del proyecto en AutoCAD frente a la de Revit.
  • Comparar las facilidades de orientación y ubicación del proyecto en Revit frente a AutoCAD.
  • Comparar la compatibilidad de otros plug-ins y aplicaciones de cálculo energético en Revit frente a AutoCAD.
  • Comparar la obtención de información energética a través de diferentes programas de cálculo energético compatibles con la metodología BIM.
  • Comparar el proceso de modificación de proyecto y reelaboración de documentación gráfica por medios convencionales frente a la metodología BIM y los programas de cálculo energético.

4. Metodología

Dentro del marco de la modalidad de PFM escogida, es decir, un proyecto fin de máster práctico, de creación inédita fundamentada, en primer lugar se procederá al desarrollo de un proyecto de vivienda unifamiliar a través del modelado BIM (en concreto mediante el software Revit 2019 de Autodesk). A continuación, se obtendrá la información energética del mismo, pero de diferentes formas: mediante medios manuales e informáticos (hojas de cálculo, programas específicos y el propio Revit).

Finalmente, se compararán el tiempo, la comodidad y las facilidades que ofrece cada sistema no sólo para obtener la información de rendimiento energético, sino también para reelaborarla tras haber modificado los parámetros de materiales y composición de elementos del proyecto como puedan ser los cerramientos exteriores (fachadas, cubiertas y carpintería). Con esto se pretende llegar a la conclusión del objetivo establecido: demostrar que la metodología BIM puede posicionarse como una herramienta eficaz para obtener la información energética de un proyecto.

5. Contexto: Clima y Arquitectura

5.1. El estado actual del clima

El 8 de enero de 2021, el C3S publicó que el año 2020 había sido el más caluroso en Europa desde que hay registros (1850) y el segundo en todo el mundo, después de 2016. (Copernicus Climate Change Service, 2021). Aunque sea difícil determinar con exactitud la contribución de las actividades humanas al cambio climático, la comunidad científica ha acordado que la influencia humana ha propiciado el incremento del calentamiento global a un ritmo sin precedentes no solo desde los niveles pre-industriales, sino también en los últimos 2000 años.

Figura 1. Cambio en la temperatura de la superficie global 1850-2020

Ilustración 3 - Cambio en la temperatura de la superficie global 1850-2020

Fuente: IPCC et. al.  2021

5.2. La contribución de la arquitectura a la lucha contra el cambio climático.

El sector de la construcción representa el 36% del consumo final de energía y el 39% de las emisiones de gases de efecto invernadero en 2018. (Agencia Internacional de la Energía y Programa de medio ambiente de la ONU, 2019).

Los edificios pasivos consiguen la eficiencia energética principalmente a través de una envolvente hermética (elementos como muros, cubiertas y ventanas que separan el exterior del interior del edificio). Con la intención de mantener una temperatura agradable y confortante en el interior a lo largo de todo el año, los edificios pasivos disponen de ventanas de gran rendimiento, mayor aislamiento en los cerramientos y una orientación que favorezca la reducción del uso de energía. Esto permite que una vivienda pasiva puede necesitar hasta un 85% menos de energía para climatización que una vivienda convencional. (Tanigawa, 2017)

6. Desarrollo

6.1. Elaboración del proyecto. CAD versus BIM

La elaboración del proyecto en BIM, incluyendo desde la fase de croquis y conceptos a mano alzada hasta el modelado 3D, pasando por el dibujo previo en AutoCAD, se ha estimado en 32 horas. Sin embargo, si se hubiese desarrollado el proyecto en 2D, el tiempo requerido en obtener los alzados y vistas se hubiera dilatado en mayor medida, pues deberían haberse abordado uno por uno.

El siguiente gráfico, basado en “the MacLeamy Curve”, compara el esfuerzo dedicado a cada metodología (flujo de trabajo eficiente versus flujo tradicional) frente al tiempo empleado en cada fase del proceso, desde los conceptos del ante-proyecto hasta la fase de operaciones. La metodología BIM representa el flujo de trabajo eficiente, mientras que el CAD se asocia con flujo de trabajo convencional.

Figura 2. "The MacLeamy Curve"

Ilustración 16 - "The MacLeamy Curve"

Fuente: Davis, 2011

Figura 3.  Elementos constructivos del modelo 3D: cubiertas, techos, muros y suelos.

Ilustración 10 - Elaboración propia. Elementos constructivos del modelo 3D: cubiertas, techos, muros y suelos.

Fuente: Elaboración propia. 

Figura 4. Perspectivas con orientación suroeste (superior izquierda), sureste (superior derecha), noreste (inferior. izquierda) y noroeste (inferior derecha)

Ilustración 11 – Elaboración propia. Perspectivas con orientación suroeste (superior izquierda), sureste (superior derecha), noreste (inferior. izquierda) y noroeste (inferior derecha)

Fuente: Elaboración propia. 

Figura 5. Alzados sur (superior izquierda), este (superior derecha), norte (inferior izquierda) y oeste (inferior derecha)

Ilustración 12 – Elaboración propia. Alzados sur (superior izquierda), este (superior derecha), norte (inferior izquierda) y oeste (inferior derecha)

Fuente: Elaboración Propia

6.2. Factores de entorno: ubicación y orientación.

La ubicación de un proyecto influirá en variables de diseño como las condiciones climáticas, los accesos, las horas de soleamiento, la humedad del ambiente, las sombras arrojadas por la vegetación o los inmuebles colindantes y los vientos predominantes, en otros factores. En este caso, se ha escogido la ubicación de una finca urbana en un entorno rural del concejo de Castrillón en Asturias, norte de España. Las coordenadas exactas son: 43°33'05.9"N  y 5°59'09.2"W.

Figura 6. Situación de la finca del proyecto. Concejo de Castrillón, Asturias, norte de España

Ilustración 17 - Situación de la finca del proyecto. Concejo de Castrillón, Asturias, norte de España

Fuente: CNES / Airbus, European Space Imaging, Maxar Technologies, Inst. Geogr. Nacional, 2022

Esta ubicación se ha trasladado al modelo del proyecto Revit mediante la introducción de las coordenadas:

Figura 7.  Introducción de las coordenadas de la finca del proyecto en el modelo de Revit.

Ilustración 17 - Situación de la finca del proyecto. Concejo de Castrillón, Asturias, norte de España

Fuente: Elaboración propia.

En cuanto a la orientación del proyecto, dado que al proyectar la geometría ya se ha tenido en cuenta la orientación de cada estancia y el soleamiento que requiere en función de su uso (zona de noche o dormitorios versus zona de estar o vida diurna), se ha implantado el proyecto sin rotación para respetar el eje norte-sur de la finca. Las siguientes ilustraciones muestran el estudio de soleamiento que facilita Revit en los solsticios de verano e invierno:

Figura 8. Solsticio de verano 

verano

Fuente: Elaboración propia.

Figura 9. Solsticio de invierno

invierrno

Fuente: Elaboración propia. 

6.3. Compatibilidad con programas y plug-ins de cálculo energético.

Tal y como se ha tratado con anterioridad, la metodología BIM y, en concreto, el programa Revit de Autodesk, ofrece la posibilidad de exportar el modelo 3D con su información a otros tipos de archivos compatibles con programas de cálculo energético, de los cuales el Ministerio de Fomento y el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo reconocen los siguientes programas: (Ministerio para la transición ecológica, 2022)

Tabla 1. Comparativa de características de programas de cálculo energético

Tabla 1 – Elaboración propia. Comparativa de características de programas de cálculo energéticotabla

Fuente: Elaboración propia. 

*El asterisco que sigue a una confirmación (“SÍ”) o negación (“NO”) indica que el fabricante no llega a confirmar con exactitud si cumple al 100% con el punto en cuestión.  Los signos de interrogación (¿?) indican que no se tiene la certeza absoluta sobre el punto en cuestión.*

6.4. Cálculo del rendimiento energético de la envolvente.

6.4.1.  Mediante la metodología BIM y programas específicos de cálculo energético.

En primer lugar, antes de introducir el modelo en un programa de cálculo energético, será necesario definir los espacios de cada estancia.

Figura 10. A la izquierda encontraremos una definición de espacios ocupables del modelo y  a la derecha vista de espacio ocupables y plénum en sección

foto

Fuente: Elaboración propia

A continuación, se procederá a agrupar los espacios en zonas de climatización que compartan usos y ocupaciones similares.

Tabla 2. Planificación de espacios según zonas de climatización.

tabla

Fuente: Elaboración propia

El siguiente paso consistirá en definir las características de cada tipo de espacio.

Tabla 3. Valores de calor sensible y latente según la actividad de una persona. (Sánchez de Vera & IDAE, 2022)

tabla 4

Fuente: Elaboración propia a partir de Sánchez de Vera & IDAE, 2022.

*“Met” es la unidad de medida del metabolismo de una persona sana, sentada y sin trabajar (58’2W/m2), considerando que la superficie media de una persona es 1’8 m2 (Sánchez de Vera & IDAE, 2022)*

A partir de la Tabla 3 y de las definiciones anteriores, se ha procedido a configurar cada tipo de espacio detallado en la Tabla 2.

Figura 11.  Ejemplo de configuración de tipo de espacio en Revit

Ilustración 30- Elaboración propia. Ejemplo de configuración de tipo de espacio en Revit

Fuente: Elaboración Propia

Figura 12.  Ejemplo de configuración de tabla de planificación en Revit según el uso de cada espacio

Ilustración 31 - Elaboración propia. Ejemplo de configuración de tabla de planificación en Revit según el uso de cada espacio

Fuente: Elaboración propia.

El siguiente paso es configurar la transmitancia térmica de los materiales de la envolvente (fachada, carpintería exterior y cubierta).  La transmitancia térmica es “el flujo de calor que pasa por unidad de superficie de un elemento y por grado de diferencia de temperatura entre dos ambientes separados por el elemento en cuestión”. Se mide en W/(m2·k). (Blender, 2015)

 

Figura 13. Introducción de valores de propiedades térmicas de materiales

Ilustración 33 - Elaboración propia. Introducción de valores de propiedades térmicas de materiales

Fuente: Elaboración propia. 

Tras las configuraciones anteriores, se procede a calcular las cargas de calefacción y refrigeración que ofrece Revit, según los parámetros de la figura 14.

Figura 14.  Cálculo de cargas de calefacción y refrigeración de Revit

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Fuente: Elaboración propia

6.4.1.1. Importación y cálculo energético en la Herramienta Unificada LIDER – CALENER (HULC).

El primer paso, tras cargar el plug-in ApliCAD CTE HULC, es asignar los materiales de Revit a los materiales de HULC según la figura 15.

Figura 15.  Asignación de materiales de Revit a materiales de HULC (a través de ApliCAD)

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Fuente: Elaboración propia.

 

Se procede a exportar el modelo a HULC, pero el listado de errores advierte sobre la imposibilidad de exportar los muros curvos, así como la falta de creación de habitaciones (Figura 16). Además, el aviso nº39 informa que la versión DEMO de ApliCAD no permite exportar más de dos estancias por planta. Esto muestra las limitaciones que puede ofrecer la metodología BIM para compatibilizar el modelo y su información con programas de cálculo energético. Por ello, se optará por realizar la importación a otra aplicación de cálculo energético: Cypetherm HE Plus.

Figura 16.  Listado de errores al exportar de Revit a HULC mediante ApliCAD

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Figura 16. Elaboración propia. 

6.4.1.2. Importación y cálculo energético en CYPEtherm HE Plus.

El primer paso consiste en exportar el archivo de Revit a IFC a través de BIMserver.center. Al hacerlo, se observa que varios elementos, en especial la cubierta inclinada, no se exportan correctamente (figura 17), por lo que se procede a simplificar el modelo.

Figura 17. Errores de exportación en BIMserver.center

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Fuente: Elaboración propia.

Se procede a importar el archivo de OpenBIM a CypeTherm HE Plus y se introducen los datos climáticos en correspondencia con los introducidos previamente en Revit (Figura 18).

Figura 18. Asignación de valores climáticos en correspondencia con los introducidos en Revit

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Fuente: Elaboración propia. 

Una vez importado el archivo en Cypetherm HE Plus, se observan al menos tres incidencias que no invitan a continuar con el proceso de cálculo energético en dicho programa:

  1. La cubierta muestra más errores de importación que los inicialmente mostrados en el paso de Revit a BIMserver.center (figura 19).
  2. Cypetherm no consigue visualizar el modelo en tres dimensiones, pues la figura 19 es un captura del modelo en movimiento dentro del navegador del propio Cypetherm.
  3. Los elementos del modelado se importan con un número significativo de errores que, en lugar de proceder a su corrección, parece más aconsejable a priori reelaborarlos por completo desde inicio, dado el gran número de fallos (figura 20).

Figura 19. Nuevos errores de importación de BIMserver a Cypetherm

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Fuente: Elaboración propia. 

Figura 20.  Errores de importación de elementos de modelado

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Fuente:  Elaboración propia.

6.4.1.3. Importación y cálculo energético en TeKton3D.

Se prueba una tercera opción de cálculo energético: el software “TeKton3D”. En este caso, al intentar vincular un archivo IFC, la opción aparece bloqueada (Figura 19). Se comprueba que es debido a la necesidad de instalar un complemento específico para la importación y exportación de archivos IFC (Figura 18). Al proceder a su descarga en la web de iMventa Ingenieros, se constata que dicho complemento tiene un coste de 290’00 euros (Figura 18).

Dado que el objetivo de usar la metodología BIM para el cálculo energético del proyecto es precisamente agilizar tiempos sin incrementar costes, se descarta de momento la opción que ofrece “TeKton3D.

Figura 21. Opción de "Edificio IFC" bloqueada en TeKton3D sin el módulo TK-IFC.

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Fuente:  Elaboración propia.

6.4.1.4. Importación y cálculo energético en SG Save.

Se prueba con otro programa más de cálculo energético, en este caso SG Save, que funciona como un complemento de Sketchup. Por un lado, Sketchup ofrece una versión de prueba de 31 días que, para el asunto en cuestión, sería suficiente. No obstante, un profesional tendría que adquirir la licencia de este programa para poder operar con él.

Recordemos que uno de los objetivos de emplear la metodología BIM era precisamente agilizar el proceso de obtención de información energética, por lo que, a priori, el hecho de necesitar otro programa que actúe simplemente como “intermediario” no se presenta como una opción interesante. En segundo lugar, se ha necesitado exportar el archivo IFC desde Revit para importarlo a posteriori en Sketchup.

A pesar del error de importación de un muro, se procede a probar el cálculo energético para obtener unos primeros resultados orientativos. Sin embargo y, aun siguiendo el manual de SG Save (Efinovatic, 2022), ninguna de las funciones de dicho complemento  ofrecen respuesta alguna, por lo que se desestima el procedimiento de cálculo por la “vía Sketchup”.

 

6.4.1.5. Cálculo energético sin importación previa de Revit o archivo IFC.

El proceso de búsqueda de compatibilidad entre el modelo 3D de Revit y los programas de cálculo ha requerido un total de 24 horas de trabajo que no ha logrado los resultados esperados: evitar repetir el modelado del proyecto en el programa energético. No obstante, el hecho de no haber logrado la importación del modelo de Revit no implica que la metodología BIM no agilice el proceso de obtención y, en especial, de reelaboración de información energética.

En ese sentido, conviene recordar que una vez se modifiquen los materiales y espesores de las capas de la envolvente para mejorar el rendimiento energético, estos cambios deberán actualizarse en el proyecto en sí. Por ello, se ha procedido a realizar el modelo 3D en el programa de cálculo energético TeKton3D, con la intención de obtener los resultados del apartado 07.05: “Proceso de modificación de materiales y sistemas de composición de cerramientos”.

En primer lugar, se ha especificado la orientación norte del proyecto, se ha incluido como referencia la base en AutoCAD de planta baja y se han establecido los niveles (Figura 22)

Figura 22. Configuración de los niveles y norte del proyecto.

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Fuente: Elaboración propia.

Se modela un espacio que incluya toda la superficie en planta del proyecto y se subdivide a posteriori en todos los espacios especificados inicialmente en Revit (Figura 23 y 24).

Figura 23.   Modelado del espacio en toda la planta baja.

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Fuente: Elaboración propia. 

Figura 24. Subdivisión del espacio creado en planta baja en los espacios individuales del proyecto.

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Fuente: Elaboración propia.

Una vez se han dividido los espacios, se procede a renombrarlos y clasificarlos como “habitables” o “no habitables”, además de indicar la altura libre que tendrá cada uno de ellos: 2’60 metros desde el suelo hasta la cara inferior del falso techo.

Figura 25.  Clasificación de espacios por nombre y  habitabilidad.

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Fuente: Elaboración propia.

Figura 26. Clasificación de espacios por altura libre.

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Fuente: Elaboración propia 

Se crea el suelo de planta baja (Figura 27) y se comprueba si hay imprecisiones geométricas hasta el momento. Se detectan varios vértices del espacio del aseo que no coinciden entre ellos, por lo que se procede a corregirlos (Figura 28).

Figura 27.  Creación del suelo de planta baja.

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Fuente: Elaboración propia.

Figura 28 . Comprobación de imprecisiones geométricas.

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Fuente: Elaboración propia

Figura 29. Creación de fachada de planta baja.

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Fuente: Elaboración propia.

Figura 30. Corrección de imprecisiones geométricas de tabiquería interior.

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Fuente: Elaboración propia. 

A continuación, se crea el forjado de planta cubierta (Figura 31), el espacio no habitable del bajocubierta (Figura 32) y la propia cubierta inclinada (Figura 33), así como los lucernarios de una de sus aguas (Figura 34).

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Fuente: Elaboración propia. 

Una vez modelado el edificio, se procede a seleccionar los materiales de la fachada y los espesores de cada uno de ellos (Figura 35 y 36).

Figura 35. Configuración de los espesores y materiales de fachada.

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Fuente: Elaboración propia. 

Figura 36. Asignación de las propiedades de la fachada a todos los cerramientos exteriores.

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Fuente: Elaboración propia.

Se establecen los valores por defecto de los huecos de fachada (figura 37), se crean las ventanas y puertas y se corrigen los retranqueos de los mismos y las alturas de antepecho de las ventanas de espacios como baños y cocina (figura 38).

Figura 37. Configuración predeterminada de los huecos de fachada.

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Fuente. Elaboración propia.

Fuente 38. Creación de las ventanas y puertas.

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Fuente: Elaboración propia. 

Se realiza un primer cálculo de reconocimiento geométrico previo al cálculo energético en sí mismo (figura 39) y se especifican los tipos de puentes térmicos (figura 40).

Figura 39. Cálculo de reconocimiento geométrico.

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Fuente: Elaboración propia. 

Figura 40.  Asignación de tipos de puentes térmicos.

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Fuente: Elaboración propia.

Se realiza el primer cálculo energético basado en la geometría modelada y en la composición y espesores establecidos para la envolvente.

Los resultados son:

  • Emisiones CO2: 24’90 KgCO2/m2·año (calificación “C”).
  • Consumo de energía primaria no renovable: 117’60 KWh/m2·año (calificación “C”).

6.5. Proceso de modificación de materiales y sistemas de composición de cerramientos.

Para mejorar el consumo energético y las emisiones de CO2 obtenidos en la primera simulación, se procede en primer lugar a aumentar el espesor del aislamiento XPS de la cubierta, pasando de 140 a 160 mm (figura 41).

Se vuelve a realizar el cálculo y se mejora el rendimiento, obteniendo 84’23 KWh/m2·año (calificación “C”) de consumo de energía primaria no renovable y unas emisiones de CO2 de 17’83 KgC02/m2·año (calificación “B”) (figura 42).

Figura 41. Modificación del espesor del aislamiento XPS de cubierta de 12 a 16 cm.

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Fuente: Elaboración propia.

Dado que los resultados obtenidos no son suficientes, se mejoran las prestaciones de la carpintería exterior, pasando de una carpintería de aluminio sin rotura de puente térmico y vidrio 4-12-6 mm a una carpintería de PVC con doble acristalamiento bajo emisivo 4-20-6.6 mm. Con ello, se ha logrado pasar de una transmitancia del hueco de 3’38 W/m2·ºC a 1’28 W/m2·ºC (figura 42 y 43).

Figura 42. Características de la carpintería exterior existente.

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Fuente: Elaboración propia. 

Figura 43.  Características de la nueva carpintería (U = 1'28 W/m2·K).

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Fuente: Elaboración propia.

Esta reducción de la transmitancia térmica de los huecos supone a su vez una mejora en los resultados del tercer cálculo energético (figura 42).

  • Consumo de energía primaria no renovable: 70’20 KWh/m2·año (calificación “B”).
  • Emisiones de CO2: 14’86 KgCO2/m2·año (calificación “B”).

A continuación, se procede a mejorar las prestaciones de la fachada, aumentado el espesor del aislamiento rígido (de 120 a 160 mm) y eligiendo un material con menor conductividad térmica (0’025 W/m·ºC) (figura 43).

Igualmente, también se elige otro tipo de aislamiento de espuma de polietileno, con una conductividad térmica de 0’035 W/m·ºC (figura 44).

Figura 44. Mejora de la conductividad térmica del aislamiento de espuma de polietileno.

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Fuente: Elaboración propia. 

Estos cambios en la composición en el espesor y el tipo de aislamiento del cerramiento vertical han permitido lograr una transmitancia térmica de la fachada de 0’110 W/m2·K, lo que a su vez se refleja en una mejora del rendimiento energético:

  • Consumo de energía primaria no renovable: 63’11 KWh/m2·año (calificación “B”).
  • Emisiones de CO2: 13’37 KgCO2/m2·año (calificación “B”).

Por último, se ha añadido una instalación de fuente de energía renovable mediante placas solares para el aporte de agua caliente sanitaria (ACS).

Esto ha permitido mejorar aún más el rendimiento energético, de forma que tras la quinta simulación, se han obtenido los siguientes resultados:

  • Consumo de energía primaria no renovable: 42’13 KWh/m2·año (calificación “A”).
  • Emisiones de CO2: 8’92 KgCO2/m2·año (calificación “A”).

Figura 45. Resultados de la 5ª simulación energética tras haber incluido un sistema de aporte de ACS  renovable.

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Fuente: Elaboración propia 

Llegado este punto, conviene recordar que estas modificaciones en las capas y espesores de la envolvente se han actualizado en el programa de cálculo energético, es decir, en TeKton3D.

Una vez se ha obtenido la calificación energética deseada, estos cambios se deben trasladar a la geometría del proyecto en sí.

Figura 46.  Modificación del espesor del aislamiento de fachada.

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Fuente: Elaboración propia. 

Figura 47. Actualización del espesor de cubierta.

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Fuente: Elaboración propia.

8. Resultados

8.1. Elaboración del proyecto: ¿Métodos de trabajo convencional o metodología BIM?

La elaboración del proyecto en Revit ha permitido obtener todas las vistas en dos dimensiones (plantas, alzados, secciones, detalles y vistas tridimensionales) con mayor agilidad de la que se hubiera conseguido en AutoCAD.

Bien es cierto que quizás los primeros dibujos en 2D podrían finalizarse más rápido que el modelo 3D en BIM, pero una vez haya que introducir cambios en el proyecto, estos se realizarán con mayor agilidad en la metodología BIM, pues las modificaciones se actualizarán automáticamente en todas las vistas del modelo (Ilustración 16 - "The MacLeamy Curve").

De todos modos, los críticos podrían argumentar qué diferencia existe entre desarrollar un proyecto mediante la metodología BIM frente a otros programas de modelado 3D.

En ese sentido, las ventajas del BIM frente al modelado 3D convencional son claras: los modelos BIM incluyen información relativa a materiales y composición de elementos (muros, suelos, cubiertas, puertas o ventanas) que los programas de modelado 3D no proporcionan.

8.2. Resultados de la compatibilidad con programas y plug-ins de cálculo energético.

Se ha podido constatar que estos programas de cálculo energético cuentan con limitaciones en lo que se refiere a compatibilidad con el software BIM. Conviene aclarar que dichas limitaciones son en gran medida debidas al carácter de prueba de los programas empleados en el caso concreto de este PFM, pues sus funciones originales se encuentran mermadas.

8.3.  Resultados del cálculo energético sin importación previa de Revit o archivo IFC.

Aunque la búsqueda de compatibilidad entre el modelo 3D de Revit o su correspondiente archivo IFC y un programa de cálculo energético no ha ofrecido los resultados esperados, se procede igualmente a comprobar el rendimiento energético del proyecto sin importación previa desde BIM.

Este paso podría carecer de sentido para algunos críticos, pues precisamente el objetivo principal de este trabajo consiste en demostrar el potencial que ofrece la metodología BIM en el proceso de obtención de información energética del edificio.

El hecho de mantener ese potencial de la metodología BIM radica precisamente en los cambios geométricos y formales que demandarán las diferentes simulaciones del programa de cálculo energético. Estas modificaciones, que deben trasladarse a la geometría y la representación del proyecto, son las que pueden conseguirse con mayor agilidad bajo la metodología BIM.

En el caso concreto del proyecto del PFM; se ha modelado el edificio en TeKton3D y se han procesado hasta 5 simulaciones energéticas, tras realizar cambios como aumentar el espesor del aislamiento y mejorar la conductividad térmica de los elementos de la envolvente.

Estas modificaciones permitieron pasar de una calificación energética “C” (24’90 kgCO2/m2·año de emisiones de CO2 y 117’60 KWh/m2·año de consumo de energía primaria no renovable) a una calificación final “A” (8’92 KgCO2/m2·año de emisiones de CO2 y 42’13 KWh/m2·año de consumo de energía primaria no renovable).

 

9. Conclusiones

En un contexto social, económico  y laboral en el que la digitalización y la informatización se encuentran en permanente estado de desarrollo y mejora, el sector de la arquitectura, la ingeniería y la construcción (AEC) no debería quedarse al margen.

Desde inicios del s.XXI, la metodología BIM ha ido adquiriendo mayor relevancia. Ésta permite no solo modelar el proyecto en tres dimensiones, sino también diferenciar los elementos que componen el edificio, convirtiendo el modelo en una representación con información detallada.

Otra de las características fundamentales de la metodología BIM radica en que dicha información se encuentra parametrizada, es decir, si se modifican los parámetros que definen un objeto, automáticamente se actualizarán en el modelo y en todas las vistas que dependan de él.

También se constató que la metodología BIM aúna en un único software (en el caso del PFM se empleó Revit de Autodesk) toda la información geométrica y numérica del proyecto. Esto presenta de nuevo una ventaja significativa respecto a otros software de modelado 3D (sin llegar a ser BIM), que posibilitan igualmente la realización de un estudio solar, pero que no disponen de toda la información parametrizada. En lo que respecta a la compatibilidad del software BIM con programas de cálculo energético, el potencial de programas como Revit no cumplieron las expectativas iniciales.

Los motivos son variados. Por un lado, se producen errores técnicos de exportación desde Revit e importación al programa de cálculo energético. Estos fallos generan desconfianza e invitan a hacer “tabula rasa” para modelar de nuevo el proyecto en el programa energético. Por otro lado, también se han dado limitaciones económicas a la hora de conseguir los complementos que permiten la exportación desde Revit y la posterior importación en el programa de cálculo energético (concretamente en HULC y TeKton3D). Estos errores y limitaciones menoscaban el potencial que la metodología BIM podría ofrecer a la hora de conseguir una exportación correcta, fiable y gratuita en el intercambio de información con programas de cálculo energético.

Conviene indicar que dichas limitaciones se deben en gran medida al empleo de versiones de prueba para el caso concreto de este PFM. Si se cuenta con las licencias oficiales, quizás las herramientas de importación desde un archivo IFC permitan un intercambio de información más ágil. No obstante, cabe aclarar que otros software BIM como ArchiCAD sí ofrecen a priori un intercambio de información más fluido con programas de certificación energética como HULC.

En cuanto a la utilidad de Revit en el proyecto de vivienda unifamiliar, se deben reconocer las limitaciones de compatibilidad que surgieron con los programas de cálculo energético.

Esto no impidió constatar que la metodología BIM ofrecía gran versatilidad y agilidad en el proceso de intercambio de información con los programas de cálculo energético. En concreto,  Revit ha resultado muy eficaz a la hora de trasladar al modelo 3D los cambios en la geometría exigidos por TeKton3D para mejorar el rendimiento energético del proyecto. Por lo tanto, se puede concluir que la metodología BIM sí permite agilizar los cambios que demandan los programas de cálculo energético en lo relativo a geometría y forma del proyecto. Además, el software BIM tiene un gran potencial en este ámbito, pues actualmente ya existen complementos específicos que posibilitan la importación de los modelos 3D creados en BIM a los programas de cálculo energético.

De todo modos, hay un margen de mejora significativo en dos direcciones. Por un lado, los software BIM como Revit, Allplan o ArchiCAD pueden desarrollar complementos específicos que ofrezcan las herramientas de verificación y certificación energética con las que ya cuentan HULC, CYPEtherm, TeKton3D o SG Save. De hecho, el propio SG Save es un complemento de Sketchup, pero este programa no se enmarca dentro de la metodología BIM.

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