Construcción de modelos matemáticos simples para el cálculo del requerimiento energético de edificaciones

Abstract

El presente trabajo tiene por objetivo desarrollar un modelo matemático predictivo que otorgue un primer acercamiento al valor de requerimiento energético (RE) de un edificio en un clima templado continental, con el propósito de aportar al conocimiento teórico sobre herramientas de evaluación energética. Se realizaron simulaciones paramétricas procesadas con los programas EnergyPlus 9.5 y JePlus. Los resultados fueron utilizados como Dataset para el armado de diferentes modelos matemáticos, para los cuales se utilizó el programa SageMath a fin de desarrollar ecuaciones que predigan el RE de cada escenario. Se trabajó con modelos escalonando su complejidad en cuanto a métodos utilizados y cantidad de parámetros. Se seleccionó un modelo con bajo nivel de error (0.08) y 15 parámetros. Se advirtió que, si bien el aumentar la cantidad de parámetros acercaba los modelos al error 0.02, se corría el peligro de overfitting. El modelo seleccionado busca incorporar la precisión y validez de las simulaciones dinámicas a una herramienta de predicción sencilla y aplicable por profesionales de la construcción.

This work looks to build a predictive mathematical model that can provide a first approach to a building’s energy requirement (ER) value in a temperate continental climate. The aim is to contribute to the theoretical knowledge of energy assessment tools. To do this, parametric simulations were run and processed using the EnergyPlus 9.5 and JePlus programs. The results were then used as a dataset to build different mathematical models, using the SageMath program to run equations that predicted the ER of each scenario. Work was done with the models, scaling their complexity with the methods and the number of parameters used. Finally, a model with a low error (0.08) and 15 parameters was chosen. It was noted that, although increasing the number of parameters brought the models closer to a 0.02 error, there was a risk of overfitting. The chosen model seeks to incorporate dynamic simulations’ accuracy and validity into a simple prediction tool that construction professionals can apply.

O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático preditivo que possibilite uma primeira abordagem do valor dos requisitos de energia (ER) de um edifício em um clima continental temperado, de forma a contribuir para o conhecimento teórico das ferramentas de avaliação energética. As simulações paramétricas foram realizadas e processadas com os softwares EnergyPlus 9.5 e JePlus. Os resultados foram utilizados como Dataset para a construção de diferentes modelos matemáticos, para os quais foi utilizado o programa SageMath para desenvolver equações que preveem o ER de cada cenário. Trabalhamos com modelos que escalonam sua complexidade em termos de métodos utilizados e número de parâmetros. Foi selecionado um modelo com baixo nível de erro (0,08) e 15 parâmetros. Observou-se que, embora o aumento do número de parâmetros tenha aproximado os modelos ao erro de 0,02, havia o risco de sobreajuste. O modelo selecionado busca incorporar a precisão e a validade das simulações dinâmicas em uma ferramenta de previsão simples que pode ser aplicada por profissionais da construção.