Aplicación de la metodología BIM a la gestión energética en el Hospital Universitario de Jaén

Javier Montiel Santiago, Ingeniero Industrial del Servicio de Mantenimiento del Hospital Universitario de Jaén; Manuel J. Hermoso Orzáez y Julio Terrados Cepeda del Departamento de Ingeniería Gráfica, Diseño y Proyectos de la Universidad de Jaén | 2020
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Este artículo se publicó por primera vez en el Anuario de la AEIH 2020.

Uno de los aspectos que menos se conocen del BIM es la capacidad de obtener el modelo energético del edificio, lo que dentro esta metodología se conoce como BIM6D. Disponer de este modelo digital de información, para simular el comportamiento energético del edificio, permite orientar la toma de decisiones de diseño y de operación del edificio, hacia una mejora de la eficiencia energética , así como, analizar las posibilidades de incorporación de energías renovables y de descarbonización de edificios de gran consumo energético como son los hospitalarios, lo que a su vez conllevará, una mayor calidad y confortabilidad para los usuarios del edificio.

 

Introducción

Para mantener el nivel de vida y confort de nuestra sociedad actual, se necesita un elevado consumo energético, lo que llevado al sector de la edificación en Europa, supone en torno al 40% del consumo de la energía final en la Unión Europea (UE), tal y como se manifiesta en la Directiva 2012/27/UE. Además, la creciente preocupación por la conservación del medioambiente y en particular, por el cambio climático, ha llevado a la Unión Europea, a la búsqueda de soluciones capaces de corregir dicho efecto. Para ello, y en aras de conseguir un uso racional de la energía y la descarbonización del sector edificatorio, la UE ha establecido exigencias relativas a la eficiencia energética de los edificios, cada vez más restrictivas, desde la Directiva 2002/91/CE, que fue sustituida por la Directiva 2010/31/UE, y modificada recientemente a su vez, por la Directiva (UE) 2018/844, y que se han traspuesto a la normativa española principalmente, en el (CTE-DB-HE) documento básico de ahorro de energía, enmarcado dentro del Código Técnico de la Edificación (CTE) publicado como Real Decreto.

Por otra parte, BIM es una metodología de trabajo colaborativa para la gestión de proyectos de edificación a través de una maqueta digital, que permite que dichos proyectos, a lo largo de su ciclo de vida, sean más eficientes y sostenibles. Dicha metodología permite obtener el modelo energético del edificio y su posterior análisis, lo que se conoce como la sexta dimensión del BIM o BIM6D, donde se aprovecha la información de las dimensiones anteriores (ver figura 1), principalmente la definición de la geometría, materiales de construcción y equipamientos. Mediante dicho modelo energético se puede simular el comportamiento real del edificio, lo permite ayudar en la toma de decisiones de diseño y de operación del edificio, no sólo para edificios de nueva construcción que deben ser, según legislación vigente (CTE-DB-HE), edificios de consumo de energía casi nulo, sino también para la rehabilitación de los edificios existentes, dado que permite analizar de forma integral el impacto de dicha rehabilitación, orientándola a una mejora de la eficiencia energética, que a su vez proporcione una mayor calidad y confortabilidad en el uso del edificio. Si bien, es cierto, que es en la fase de diseño de nuevos edificios, donde mayor énfasis se puede hacer sobre el futuro edificio a construir en torno a la sostenibilidad y eficiencia energética, puesto que es en la fase en la se decide la geometría, orientación, compacidad, envolvente, etc., no deja de ser interesante usar esta metodología para estudiar la posibilidades de mejora de la eficiencia energética para la rehabilitación de edificios existentes, dado que tal y como se ha comentado anteriormente, BIM mejora la sostenibilidad a lo largo de todo el ciclo de vida del edificio.

 

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Figura 1: Dimensiones del BIM

 

Una vez que se obtiene el modelo energético del edificio, se pueden estudiar e identificar las posibles alternativas de mejora de la eficiencia energética, así como analizar las posibilidades de incorporación de energías renovables, que permitan la descarbonización de edificios de gran consumo energético como son los hospitalarios, lo que a su vez redundará en una mejora de la certificación energética de dichos edificios.

Finalmente, debe tenerse en cuenta que BIM 6D, es también, una herramienta de apoyo para la implementación de las Certificaciones de sostenibilidad en edificios (Green Building Certifications), entre las que podemos citar por su gran reconocimiento internacional a LEED, BREEAM o DGNB.

 

Objeto

El presente documento sobre Aplicación de la metodología BIM (Building Information Modeling) a la sostenibilidad y eficiencia energética (BIM6D), se realiza sobre un edificio del Hospital Universitario de Jaén, perteneciente al Servicio Andaluz de Salud. Para ello, se utilizará la metodología BIM para obtener el modelo energético del edificio, para posteriormente realizar la simulación y análisis energético del edificio, lo que permitirá comprobar el estado energético actual del edificio, así como estudiar posibles alternativas de mejora de la eficiencia energética, optimizando la demanda energética, reduciendo las emisiones de CO2 y el consumo de energía del edificio, manteniendo o aumentando la confortabilidad para los usuarios.

 

Metodología

En primer lugar, se realiza el modelado arquitectónico del edificio y para ello se utiliza el software BIM REVIT® (AUTODESK®). Con dicho software también, se obtiene el modelo energético, con el que posteriormente se realiza la simulación y análisis energético con el plug-in para REVIT®, AUTODESK® INSIGHT 360®. Este software realiza la simulación energética en la nube, utilizando como motores de simulación DOE 2.2 y EnergyPlus, líderes en el sector, de confianza y ampliamente establecidos, siendo los motores de cálculo empleado por las herramientas reconocidas para la certificación energética de edificios en España (HULC, CYPETHERM HE Plus, o SG SAVE). Una vez realizada la simulación energética, en la plataforma AUTODESK® INSIGHT 360® se visualizará e interactúa con los resultados obtenidos, a través de diagramas y esquemas de rendimiento directamente en modelo virtual, lo que permitirá estudiar tanto el estado actual del edificio, así como las posibles mejoras energéticas sobre el edificio.

 

Caso de estudio

El Centro de Diagnóstico y Tratamiento del Hospital Universitario de Jaén, es un centro sanitario del Servicio Andaluz de Salud, que pertenece a la Consejería de Salud de la Junta de Andalucía, ubicado en Jaén, que atiende a la tipología de edificio gran terciario (GT) y corresponde a la zona climática C4, según Código Técnico de la Edificación (CTE). La construcción del edificio data de 1972, como centro de atención especializada. El edificio, tiene como actividad principal la atención de las consultas externas del Hospital Universitario de Jaén. Como actividad complementaria en el edificio se encuentran los despachos de inspección médica (U.M.V.I.), salud mental comunitaria y archivos en el sótano del edificio.

 

Descripción del edificio

El Centro de Diagnóstico y Tratamiento del Hospital Universitario de Jaén (H.U.J.), se encuentra ubicado en un edificio de 1.000 m² de planta rectangular muy alargado y tiene 4 plantas construidas sobre la rasante, más semisótano y sótano. La superficie total construida es de 6.200 m2 aproximadamente. Las 6 plantas en las que se divide el edificio son: Sótano, Semisótano, Baja, Primera hasta tercera. El edificio está realizado en estructura de hormigón armado y los muros del cerramiento exterior son fábrica de ladrillo cara vista, disponen de cámara de medio pie y un segundo tabique de fábrica de ladrillo enfoscado. Los forjados del edificio también son de hormigón armado. La carpintería exterior es de aluminio con vidrio simple de 6 mm sin rotura de puente térmico. La distribución interior está realizada con tabiques de fábrica de ladrillo enfoscado y, enlucidos. La cubierta principal del edificio es de teja curva, a dos aguas, no transitable. Los pavimentos son principalmente de terrazo. Los revestimientos son de aplacados cerámicos en aseos, enlucido de yeso y pintado (figura 2).

 

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Figura 2: Vista general del Centro de Diagnóstico y Tratamiento del H.U.J.

 

Descripción de las instalaciones del edificio

La producción de frío para climatización se realiza mediante dos enfriadoras por planta de expansión directa con conductos. Respecto a la generación de calor, con el fin de suministrar agua caliente para climatización, se realiza mediante calderas alimentadas con gas natural, ubicadas en la central térmica del Hospital Universitario de Jaén, que abastecen una serie de radiadores de agua situados en todas las zonas perimetrales del edificio.

La producción de agua caliente sanitaria (ACS), se realiza con las calderas de agua caliente alimentadas con gas natural, ubicadas en la central térmica del H.U.J.

Las luminarias del edificio son de tipo fluorescente en su mayoría, y no disponen de dispositivos de automáticos de control.

 

Definición del edificio en BIM para la simulación energética

Realizar la simulación energética del centro sanitario con INSIGHT 360® requiere previamente definir todos los datos necesarios. Dichos datos son los referentes a la geometría, espacios, epidermis, clima y características operacionales y ocupacionales, así como definición de los sistemas del edificio y la asignación de dichos sistemas a los espacios correspondientes.

En nuestro caso, en primer lugar, se partió de los planos del edificio en formato “dxf”, que sirvieron como plantilla para la construcción de la geometría y arquitectura BIM del Edificio mediante el programa REVIT®. Obtenido el modelo arquitectónico, se configuran los materiales de la envolvente térmica del edificio, las características operacionales y ocupacionales de todos los espacios para obtener el modelo energético, también con el software REVIT®. En la figura 3 se muestra el modelo arquitectónico en BIM del centro de sanitario, que consta de 226 espacios, con 354 ventanas y 242 puertas.

 

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Figura 3: Modelo arquitectónico del edificio en REVIT

Con el modelo arquitectónico y utilizando también el software REVIT®, se obtiene el modelo energético del edificio (figura 4 y 5), donde se define el sistema de climatización y se realiza la configuración energética del edificio y se asignan las características ocupacionales del mismo, para posteriormente realizar la simulación y análisis energético con el plug-in para REVIT®, INSIGHT 360® en la nube. Finalmente, en dicha plataforma, se visualizará e interactúa con los resultados obtenidos, a través de diagramas y esquemas de rendimiento directamente en modelo virtual.

 

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Figura 4: Modelo energético del edificio en REVIT

 

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Figura 5: Vista en REVIT espacios analíticos (izq.) y superficies analíticas (dcha.) del edificio

 

 

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