Diseño térmico: qué es y cómo se elabora un proyecto térmico

En resumen:
el diseño térmico es el proceso mediante el cual se analizan, dimensionan y verifican las instalaciones destinadas a la calefacción, refrigeración, ventilación y producción de agua caliente de un edificio, con el objetivo de garantizar confort, eficiencia energética y cumplimiento de los requisitos técnicos y normativos.

El diseño térmico aplica los principios de la termodinámica, de la fluidodinámica y de la transmisión del calor al diseño de los edificios y de las instalaciones relacionadas. El objetivo es identificar soluciones capaces de asegurar condiciones de confort termo-higrométrico, calidad del aire interior y altas prestaciones energéticas.

Los sistemas considerados incluyen, entre otros, las instalaciones de calefacción, refrigeración, ventilación, producción de agua caliente sanitaria y los sistemas alimentados o integrados por fuentes de energía renovables.

Para evaluar preventivamente el comportamiento energético del edificio y comparar diferentes soluciones de diseño, también es posible recurrir a herramientas de simulación energética dinámica de edificios útiles para crear modelos energéticos y analizar las prestaciones del edificio y de las instalaciones.

¿Qué es el diseño térmico y para qué sirve?

Un proyecto térmico debe considerar simultáneamente características del edificio, condiciones climáticas, destino de uso, necesidades energéticas, tipología de las instalaciones y modalidades de gestión.

El diseño térmico permite, por tanto, identificar y dimensionar las soluciones más adecuadas para garantizar el confort de los ocupantes y limitar el consumo energético, evaluando de manera integrada el envolvente del edificio y los sistemas de instalaciones.

Ámbitos de aplicación de la termotecnia

Son variados los ámbitos de aplicación del diseño térmico, pero los más importantes y que inciden mayormente en la organización general del proyecto son:

1. confort ambiental: esto se refiere al diseño y la implementación de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado en edificios residenciales, comerciales e industriales. El objetivo es crear ambientes internos que sean térmicamente confortables durante todo el año, independientemente de las condiciones externas;
2. eficiencia energética: la termotecnia es fundamental para optimizar la eficiencia energética de las instalaciones térmicas. Esto incluye la adopción de tecnologías y estrategias de diseño destinadas a reducir el consumo energético y las emisiones contaminantes, como el uso de sistemas de cogeneración, bombas de calor de alta eficiencia y soluciones de aislamiento térmico avanzadas;
3. sostenibilidad ambiental: la termotecnia juega un papel crucial en la promoción de la sostenibilidad ambiental. Esto incluye la adopción de tecnologías de bajo impacto ambiental, como sistemas de calefacción y refrigeración alimentados por fuentes renovables, y la implementación de estrategias de diseño que reduzcan el impacto ambiental de las instalaciones térmicas en el ecosistema circundante.

¿Qué es el diseño térmico y objetivos?

¿Qué es un proyecto de diseño térmico?

Un proyecto de diseño térmico define las características, el dimensionamiento y las prestaciones de los sistemas térmicos de un edificio. Parte del análisis del edificio y de sus necesidades energéticas para identificar las soluciones de instalación más apropiadas y verificar su rendimiento, consumos y conformidad con los requisitos previstos.

El proyecto no se refiere solo a la elección de un generador o de un terminal, sino que considera la interacción entre el envolvente del edificio, las condiciones climáticas, el destino de uso, los sistemas de producción, distribución, emisión, regulación y utilización de fuentes renovables.

¿Qué contiene un proyecto de diseño térmico?

Dependiendo de las características del edificio y de la intervención, el diseño puede incluir:

• análisis de las características geométricas y termo-físicas del edificio;
• evaluación de la envolvente del edificio;
• definición de las condiciones climáticas y de las condiciones de uso;
• cálculo de las necesidades de calefacción y refrigeración;
• evaluación de la producción de agua caliente sanitaria;
• análisis de las necesidades de ventilación;
• dimensionamiento de las potencias necesarias;
• elección y dimensionamiento de los generadores;
• definición de los sistemas de distribución y emisión;
• elección de los sistemas de regulación;
• integración de fuentes de energía renovables;
• análisis de los puentes térmicos;
• verificaciones de las prestaciones energéticas;
• producción de los documentos y de la documentación técnica requerida.

Elementos de un proyecto de diseño térmico

¿Qué es una instalación térmica?

Con la expresión instalación térmica se hace generalmente referencia al conjunto de instalaciones y sistemas utilizados para garantizar los servicios energéticos y el confort termo-higrométrico de un edificio. Desde el punto de vista normativo, el término de referencia es “instalación térmica”.

Una instalación térmica es un sistema tecnológico fijo destinado a la climatización invernal o estival de los ambientes, con o sin producción de agua caliente sanitaria, o bien a la sola producción de agua caliente sanitaria en los casos previstos por la normativa. Además, puede combinarse con sistemas de ventilación.

Dependiendo de las características del edificio y de la solución de diseño adoptada, la instalación puede comprender diferentes subsistemas y componentes, entre los que se incluyen:

• sistemas de producción, como calderas, bombas de calor y otros generadores;
• sistemas de distribución, que transfieren la energía térmica a los ambientes o a las instalaciones;
• sistemas de acumulación, utilizados para almacenar energía térmica o agua caliente;
• terminales de emisión o utilización, a través de los cuales se cede o se extrae calor de los ambientes;
• dispositivos de regulación y control, necesarios para gestionar el funcionamiento y el rendimiento de la instalación;
• sistemas para la producción de agua caliente sanitaria;
• sistemas de ventilación y tratamiento del aire, cuando están integrados con la instalación;
• sistemas alimentados o integrados por fuentes de energía renovables.

El diseño térmico tiene la tarea de definir y dimensionar estos sistemas en relación con las características del edificio, las necesidades energéticas y las condiciones de uso, con el objetivo de garantizar confort, eficiencia y un correcto rendimiento del sistema edificio-instalación.

¿Cómo se realiza un proyecto termotécnico?

El diseño térmico se desarrolla a través de una serie de actividades interconectadas. El flujo de trabajo puede variar en función del tipo de edificio y de intervención, pero generalmente incluye las siguientes fases.

1. Análisis del edificio y recopilación de datos:
   la primera fase consiste en la recopilación de la información necesaria para describir correctamente el edificio: geometría, orientación, características de la envolvente, destino de uso, perfiles de ocupación, condiciones climáticas y características de los eventuales sistemas existentes.
2. Creación del modelo energético:
   los datos recopilados se utilizan para construir un modelo energético del edificio a través del cual representar el envolvente, zonas térmicas, características de los componentes y condiciones de uso. La disponibilidad de un modelo BIM o de archivos CAD puede acelerar esta fase y reducir la necesidad de reintegrar manualmente información ya disponible.
3. Cálculo de las necesidades energéticas:
   el modelo permite evaluar el comportamiento del edificio y determinar las necesidades relacionadas, por ejemplo, con:

• calefacción;
• refrigeración;
• ventilación;
• producción de agua caliente sanitaria.

Esta información constituye la base para el posterior dimensionamiento de las instalaciones.

• Diseño y dimensionamiento de las instalaciones térmicas:
  con base en las necesidades calculadas, el diseñador identifica las soluciones de instalación más apropiadas y define potencias, generadores, terminales, sistemas de distribución y regulación. En esta fase se pueden comparar múltiples alternativas de diseño para identificar el mejor equilibrio entre confort, consumos, costos y rendimiento.
• Verificaciones energéticas y normativas:
  el diseño también debe verificar el cumplimiento de los requisitos energéticos aplicables a la intervención y preparar, cuando se prevé, la documentación técnica correspondiente. Para gestionar de manera más sencilla esta fase del proyecto, es posible utilizar un software para el cálculo de las prestaciones energéticas, que permita realizar las verificaciones energéticas previstas por la normativa vigente directamente a partir del modelo energético del edificio.
• Simulación y comparación de soluciones:
  a través de la simulación energética es posible analizar el comportamiento del edificio en diferentes condiciones, comparar configuraciones alternativas y evaluar cómo las diferentes decisiones de diseño afectan los consumos y el rendimiento general. Con un software para la simulación energética dinámica de edificios es posible profundizar este tipo de análisis ya durante la fase de diseño.

Flujo de trabajo del proyecto termotécnico

¿Quién es el diseñador térmico?

El diseñador térmico es el profesional que se encarga del análisis energético del edificio y del diseño de los sistemas de calefacción, refrigeración, ventilación, producción de agua caliente e integración de fuentes de energía renovables.

La creciente atención a la eficiencia energética ha ampliado el papel de esta figura profesional: además del correcto dimensionamiento de las instalaciones, el diseñador debe evaluar el comportamiento general del edificio, la interacción entre el envolvente y las instalaciones, el confort de los ocupantes, los consumos y el impacto ambiental de las diferentes soluciones.

¿Qué hace el diseñador térmico?

El diseñador térmico analiza el comportamiento energético del edificio y diseña y dimensiona las instalaciones necesarias para garantizar confort, eficiencia energética y cumplimiento de los requisitos técnicos y normativos.

Entre las principales actividades puede:

• evaluar las necesidades de calefacción y refrigeración;
• analizar el comportamiento energético del edificio;
• diseñar y dimensionar las instalaciones;
• elegir generadores y terminales;
• evaluar los sistemas de ventilación y tratamiento del aire;
• dimensionar los sistemas para la producción de agua caliente sanitaria;
• integrar sistemas alimentados por fuentes de energía renovables;
• verificar el rendimiento energético;
• analizar puentes térmicos y características de la envolvente;
• comparar diferentes soluciones de diseño;
• preparar los documentos y la documentación técnica requerida.

¿Qué aspectos debe considerar en el diseño?

Durante el diseño, el termotécnico debe evaluar de manera coordinada la calefacción, refrigeración, ventilación, producción de agua caliente, control de la humedad, generadores, distribución, terminales y sistemas de regulación.

El objetivo es dimensionar la instalación de manera que garantice condiciones de temperatura, humedad y calidad del aire adecuadas, evitando al mismo tiempo sobredimensionamientos y consumos energéticos innecesarios.

BIM y diseño térmico: cómo cambia el flujo de trabajo

La introducción del Building Information Modeling (BIM) ha representado un cambio fundamental en el sector de la energía y el diseño térmico, ofreciendo nuevas oportunidades para mejorar la eficiencia y la calidad de los servicios ofrecidos.

El BIM es una metodología de trabajo que permite crear, gestionar y compartir información digital detallada sobre un edificio o una instalación durante todo su ciclo de vida, desde la ideación hasta la demolición. Este enfoque integrado permite optimizar el proceso de toma de decisiones, reducir errores y costos, y mejorar la colaboración entre los diferentes actores involucrados en el proyecto.

Son varios los beneficios que se obtienen al utilizar el BIM dentro de su flujo de trabajo, por ejemplo:

• mejora de la calidad de los servicios – gracias al BIM, es posible obtener una visión tridimensional e integrada de las instalaciones térmicas dentro del contexto edilicio. Esto permite a los diseñadores evaluar más eficazmente las soluciones de diseño, anticipar problemas potenciales y optimizar el rendimiento de las instalaciones, garantizando un resultado final de alta calidad;
• optimización del proceso de diseño y realización – el BIM facilita la colaboración entre arquitectos, ingenieros y otros profesionales involucrados en el proceso de diseño y realización de las instalaciones. Gracias a la compartición de un único modelo digital, es posible coordinar las actividades de manera más eficiente, reduciendo los tiempos de diseño y construcción y mejorando la comunicación entre los miembros del equipo;
• reducción de errores y costos – el BIM permite identificar y resolver posibles conflictos o errores de diseño en fase preventiva, reduciendo el riesgo de costosos retrasos y modificaciones durante la fase de construcción. Además, la posibilidad de simular el funcionamiento de las instalaciones térmicas dentro del modelo BIM permite optimizar el dimensionamiento y la disposición de los elementos, contribuyendo a reducir los costos generales del proyecto;
• mayor eficiencia operativa – una vez completada la fase de diseño y construcción, el modelo BIM puede ser utilizado para apoyar las actividades de gestión y mantenimiento de las instalaciones térmicas. Gracias a la disponibilidad de información detallada y actualizada, los gestores pueden planificar intervenciones de mantenimiento preventivo, optimizar el consumo energético y garantizar el correcto funcionamiento de las instalaciones a lo largo del tiempo.

BIM y diseño térmico

Importancia de las herramientas para el diseño térmico

En el diseño térmico, al igual que en muchos otros ámbitos, el uso de las herramientas adecuadas es fundamental. Por ello, es importante entender qué se debe «exigir» de un software para la simulación energética dinámica de edificios para que pueda garantizar el mejor resultado posible. Por lo tanto, la herramienta a utilizar debe:

• crear un modelo 3D y realizar el cálculo energético – debe ser posible crear un modelo 3D arquitectónico necesario para el cálculo energético partiendo de un archivo CAD en formato DXF o DWG o de un modelo BIM en formato IFC estándar;
• permitir configurar el modelo e ingresar los datos – el software debe permitir asignar a cada elemento arquitectónico las características y propiedades necesarias para la simulación energética, aprovechando, quizás, una amplia biblioteca de objetos BIM;
• integrar el cálculo de los puentes térmicos – la posibilidad de identificar automáticamente todos los puentes térmicos acelera mucho el trabajo y permite corregir errores en la fase de diseño. Sin embargo, es importante tener la opción de elegir qué puentes térmicos evaluar en el proyecto y gestionar correctamente sus características de transmisión;
• realizar el diagnóstico de los datos y la simulación – el programa debe realizar un control de los datos ingresados antes de iniciar la simulación térmica. Esto asegura que los datos sean correctos y reduce el riesgo de tener que repetir el cálculo;
• analizar los resultados – finalmente, se debe tener una visualización detallada de los resultados de cálculo, tanto en forma gráfica como tabular. Además, también se debe poder comparar las diferentes soluciones y analizar el rendimiento energético, los consumos y los costos.

Cómo utilizar un software para la simulación energética

A continuación, te muestro cómo puedes utilizar un software para la simulación energética dinámica de edificios.

FAQ – Diseño térmico

¿Qué es un proyecto térmico?

Un proyecto térmico es el conjunto de análisis, cálculos y elecciones de diseño utilizadas para definir las características y el rendimiento de las instalaciones de un edificio. Incluye la evaluación de las necesidades energéticas, el dimensionamiento de los sistemas y las verificaciones necesarias para garantizar confort, eficiencia y conformidad con los requisitos aplicables.

¿Qué incluye una instalación térmica?

Una instalación térmica puede incluir sistemas para calefacción, refrigeración, ventilación y producción de agua caliente sanitaria, además de generadores, bombas de calor, terminales, redes de distribución, sistemas de regulación, acumuladores y componentes alimentados por fuentes de energía renovables.

¿Qué hace un diseñador térmico?

El diseñador térmico analiza el comportamiento energético del edificio, determina las necesidades, diseña y dimensiona las instalaciones, verifica el rendimiento de las diferentes soluciones y prepara los documentos técnicos necesarios para la realización de la intervención.

¿Proyecto térmico e instalación térmica son lo mismo?

No. El proyecto térmico es el conjunto de actividades de análisis, cálculo, dimensionamiento y definición técnica de la solución. La instalación térmica, en cambio, es el sistema físicamente realizado en el edificio sobre la base del proyecto.

¿Para qué sirve la simulación energética en el diseño térmico?

La simulación energética permite estudiar el comportamiento del edificio y de las instalaciones, verificar el efecto de las diferentes elecciones de diseño y comparar escenarios alternativos antes de la realización, proporcionando al diseñador información útil para optimizar el rendimiento y los consumos.