Environmental index of energy consumption in buildings applied to parametric model design

Abstract

This work is part of a doctoral thesis about optimization of parametric bioclimatic design. We develop two bioclimatic indexes of heating and cooling for typical winter and summer days respectively, which are optimised by means of genetic algorithms (GA) [1]. The object is a high-rise building with multiple uses, located in a plot of urban land, which adequates to Buenos Aires City Environmental Code [2]. The efficient envelope fulfils the Law of Thermal Conditioning in Buildings for Buenos Aires City and IRAM Standards 11604 [3] and 11659/1-2 [4]. After parameterizing the building geometry, we introduce solar thermal loads, transmission loads and internal loads. We employ our own climatic data from the Laboratory: hourly solar radiation and temperature. Then, we run the program successive times in order to obtain a set of solutions, which have equivalent energy performance but different spatial configuration. We utilize a genetic algorithm (GA) to optimise the process [5]. Based on the results, we can analyse which variables influence the energy performance of the alternatives. This tool proves to be effective to design and optimise architectural solutions for a high-rise building, while giving the designer more options than traditional design method. We verify the hypothesis of the incidence of envelope geometry on energy consumptionby means of these new indexes. The calculations of these new indexes—Bheat and Bcool —let us evaluate simultaneously both parameters, providing a common basis of comparison: 24-hour energy consumption of typical winter and summer days. We can affirm that energy efficient design cannot let apart summer condition for our bioclimatic zone (humid temperate) IIIb (IRAM 11603) [6]. Nevertheless, the above mentioned law in Buenos Aires Province only require a minimum Gheat, taking into account just winter condition. The same happens with IRAM Standard 11900 about energy efficiency labelling.

Este trabajo es parte de una tesis de doctorado de arquitectura donde se desarrollan un índice bioclimático de calefacción—Bcal— y otro de refrigeración —Bref—para un día típico de invierno y de verano respectivamente, optimizados mediante algoritmos genéticos (AG) [1]. El objeto de estudio es un edificio en altura de usos variados y localización urbana, adecuado al Código Ambiental de la Ciudad de Buenos Aires [2] con una envolvente paramétrica eficiente, acorde a la Ley de Acondicionamiento Térmico de la Ciudad de Buenos Aires y las normas IRAM 11604 [3] y 11659/1-2 [4]. Una vez parametrizada la geometría edilicia, se introducen las cargas térmicas solares, de la envolvente y de la ocupación. Se utilizan registros climáticos propios de nuestro laboratorio: datos horarios de radiación solar y temperatura. Se diseña el algoritmo de cálculo de ambos índices empleando los datos de entrada. La configuración espacial queda sujeta al proceso de búsqueda del algoritmo genético (AG). Luego, el programa corre sucesivas veces hasta obtener un conjunto de diferentes soluciones espaciales de desempeño energético equivalente. La optimización del consumo— o sea, la búsqueda de los valores más bajos de Bcal y Bref— es realizada por un algoritmo genético (AG) [5]. A partir de los resultados obtenidos, podemos analizar las variables que inciden en el comportamiento de las distintas alternativas. La herramienta prueba ser efectiva, porque ofrece al diseñador más opciones que con un método de diseño tradicional. Se verifica la hipótesis de la incidencia de la geometría de la envolvente en el consumo energético mediante la obtención de nuevos índices para calefacción y refrigeración—Bcal y Bref— evaluando simultáneamente ambos parámetros, y proveyendo una base de comparación: el total del consumo energético horario para un día típico de invierno y de verano. Podemos concluir que el diseño eficiente no puede prescindir de la condición de verano para la zona bioambiental IIIb templada húmeda (IRAM 11603) [6] de la República Argentina. No obstante, la ley de eficiencia energética vigente en la provincia de Buenos Aires, considera exclusivamente la condición de invierno. Otro tanto sucede con la norma IRAM 11900 de etiquetado energético de edificios