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CteEPBD - Eficiencia energética de los edificios para su aplicación al CTE DB-HE (metodología EN ISO 52000-1).

CteEPBD

Library implementation and CLI of the ISO EN 52000-1 "Energy performance of buildings" standard to explore NZEB indicators.

Programa de cálculo de la eficiencia energética de los edificios para su aplicación al CTE DB-HE (procedimiento EN ISO 52000-1) y formatos de datos

Introducción

Este programa, CteEPBD, implementa la metodología de cálculo de la eficiencia energética de los edificios descrita en la norma EN ISO 52000-1:2017 de Eficiencia energética de los edificios. Evaluación global. Parte 1: Marco general y procedimientos dentro del alcance de la Directiva 2010/31/UE relativa a la eficiencia de los edificios (EPDB) y del Documento Básico de Ahorro de Energía (DB-HE) del Código Técnico de la Edificación (CTE).

El programa calcula la energía suministrada al edificio (desde redes de abastecimiento o producida in situ) y la energía exportada (a la red y a usos no EPB) para obtener diversos indicadores de la eficiencia energética del edificio, expresada como energía ponderada (p.e. consumo de energía primaria no renovable, consumo de energía primaria total, fracción renovable del consumo de energía primaria o emisiones de CO2). Para ello, toma en consideración los factores de paso de los distintos vectores energéticos y el factor de exportación (k_exp).

En algunos casos también permite calcular el porcentaje de la demanda de ACS de origen renovable (no calcula este indicador cuando se usa biomasa con otros vectores no producidos in situ o cuando se produce ACS con electricidad de cogeneración).

Uso

El programa es autodocumentado y puede obtenerse ayuda usando la opción -h.

Una llamada típica al programa:

$ cteepbd -c test_data/cte_test_carriers.csv -l PENINSULA

Produce los siguientes resultados por pantalla:

    ** Datos de entrada

    Componentes energéticos: "test_data/cte_test_carriers.csv"
    Factores de paso (usuario): PENINSULA
    Área de referencia (metadatos) [m2]: 200.00
    Factor de exportación (metadatos) [-]: 0.0

    ** Eficiencia energética

    Area_ref = 200.00 [m2]
    k_exp = 0.00
    C_ep [kWh/m2.an]: ren = 24.6, nren = 18.9, tot = 43.5
    E_CO2 [kg_CO2e/m2.an]: 3.20
    RER = 0.57

    ** Energía final (todos los vectores) [kWh/m2.an]:

    Energía consumida: 30.25

    Consumida en usos EPB: 30.25

    * por servicio:
    - ACS: 11.22
    - CAL: 12.94
    - REF: 0.28
    - VEN: 5.81

    * por vector:
    - EAMBIENTE: 12.82
    - ELECTRICIDAD: 13.20
    - TERMOSOLAR: 4.23

    Consumida en usos no EPB: 0.00

    Generada: 20.58

    * por origen:
    - INSITU: 20.58

    * por vector:
    - EAMBIENTE: 12.82
    - ELECTRICIDAD: 3.53
    - TERMOSOLAR: 4.23

    Suministrada 30.25:

    - de red: 9.68
    - in situ: 20.58

    Exportada: 0.00

    - a la red: 0.00
    - a usos no EPB: 0.00

    ** Energía primaria (ren, nren) [kWh/m2.an] y emisiones [kg_CO2e/m2.an]:

    Recursos utilizados (paso A): ren 24.58, nren 18.91, tot: 43.49, co2: 3.20

    * por servicio:
    - ACS: ren 10.02, nren 4.01, tot: 14.03, co2: 0.68
    - CAL: ren 11.09, nren 6.18, tot: 17.26, co2: 1.05
    - REF: ren 0.16, nren 0.40, tot: 0.56, co2: 0.07
    - VEN: ren 3.32, nren 8.33, tot: 11.64, co2: 1.41

    Incluyendo el efecto de la energía exportada (paso B): ren 24.58, nren 18.91, tot: 43.49, co2: 3.20

    * por servicio:
    - ACS: ren 10.02, nren 4.01, tot: 14.03, co2: 0.68
    - CAL: ren 11.09, nren 6.18, tot: 17.26, co2: 1.05
    - REF: ren 0.16, nren 0.40, tot: 0.56, co2: 0.07
    - VEN: ren 3.32, nren 8.33, tot: 11.64, co2: 1.41

    ** Indicadores adicionales

    Demanda total de ACS: - [kWh]
    Porcentaje renovable de la demanda de ACS (perímetro próximo): - [%]

Donde se puede apreciar el resultado del cálculo del consumo de energía primaria renovable (C_ep_ren), no renovable (C_ep_nren), total (C_ep_tot), la fracción renovable de energía primaria (RER) y las emisiones de CO2 (E_CO2).

Hipótesis de cálculo

Se han adoptado las siguientes hipótesis de cálculo y simplificaciones:

• los factores de paso son constantes a lo largo de los pasos de cálculo
• la generación eléctrica se reparte priorizando EL_INSITU sobre EL_COGEN
• se considera como suministrada toda la energía producida por fuentes distintas a la cogeneración
• factor de coincidencia de cargas (f_match_t) constante o variable
• el reparto de energía eléctrica producida entre servicios es proporcional al consumo eléctrico del servicio respecto al consumo total de servicios EPB
• los consumos auxiliares de un sistema se asignan a los servicios proveídos por dicho sistema de forma proporcional a la energía entregada o absorbida por todos los servicios EPB que provee.
• para el cálculo del porcentaje renovable de la demanda de ACS se considera que el rendimiento térmico de las aportaciones renovables distintas a la biomasa es igual a 1.0.

cteepbd's Issues

Calcular valores desagregados por servicios

El programa debería tener una salida con resultados (Cep,nren, Cep,tot, Eco2) desagregados por servicios.

Permitir excluir consumo de MEDIOAMBIENTE de equipos de BdC con SCOP < 2.5 en fraccion_renovable_acs_nrb

Para equipos con SCOP < 2.5 se debería poder excluir la aportación renovable (MEDIOAMBIENTE) al ACS, ya que no se computan para el HE4.

Se podría añadir una clave CTEEPBD_EXCLUYE_SCOP_ACS en el campo de comentario que filtrase esos casos, igual que la clave CTEEPBD_EXCLUYE_AUX_ACS permite excluir los consumos auxiliares.

Definir enumeración de errores para mejorar API

Mejorar API usando enumeración de errores propia en lugar de exportar los errores base.
Ahora se usa el crate failure con errores base pero podría ser interesante ver quick-error https://docs.rs/quick-error/1.2.2/quick_error/

Implementar cálculo con factor de coincidencia de cargas

Implementar f_match

Definir nuevos vectores de usuario para perímetros distant u onsite

Ahora mismo suponemos que RED1 y RED2 son nearby, de modo que no se pueden usar para definir sistemas que tengan consumos de otro perímetro.

Se podría permitir la definición de otros perímetros para esos vectores pero plantea el problema de la compatibilidad con la certificación energética y aumenta la dificultad de interpretación de los consumos.

Tal vez sería mejor plantear la existencia de nuevos vectores distantes DIST1 y DIST2 pero habría que integrarlos en la certificación (definición de los vectores con su perímetro).

Incidencias con el certificado en formato XML (v1)

Indico aquí las incidencias que desde CYPE hemos encontrado en el Documento para elaborar el Certificado Energético en formato XML, en su primera versión. Se sugiere modificar dicho Documento para recoger los valores que admiten en general los registros de las CCAA.

• Campo "Número de plantas sobre rasante" (p.8): en el documento se especifica que este campo se debe rellenar con el formato "B+1", por ejemplo, para un edificio de 2 alturas. Sin embargo, los registros sólo reconocen un valor numérico para este campo (en este ejemplo, habría que rellenar el campo con "2").

• Campo "Potencia nominal" (p.13-15): en el documento se especifica que los generadores ideales o de sustitución se deben indicar rellenando este campo con el valor 9999999999.99 (12 nueves). Sin embargo, los registros sólo reconocen el valor 99999999.99 (10 nueves).

Error con demanda total de acs nula no gestionado

Comprobamos si se puede calcular la demanda renovable, pero no si el valor aportado por el usuario de la demanda total es cero para poder calcular el porcentaje.

Incluir información de la versión del formato de entrada de datos

Deberíamos versionar el formato de entrada para adelantarnos a cambios que exijan romper la compatibilidad o para hacer un tratamiento específico más preciso de archivos antiguos.

Contemplar correctamente la cogeneración en la imputación a usos

Ahora mismo la cogeneración se tendría que modelar estrictamente asignando los consumos del vector original repartiéndolo entre los usos térmico y eléctricos, en función del destino final de la energía.

Lo más sencillo es imputar todo el suministro del vector original al uso térmico pero eso hace que la electricidad cogenerada consumida en otros servicios no asigne correctamente la energía primaria y emisiones a esos servicios.

En el caso de la producción de ACS esto tiene consecuencias de cumplimiento del HE4.

Como la asignación del consumo eléctrico se realiza a posteriori (criterio de reparto proporcional a consumos eléctricos y posibilidad de exportación), se podría manejar esto de otra forma, para poder asignar correctamente los usos.

Así, en un caso de cogeneración con gas:

• Se asigna el consumo de gas empleada en los usos térmicos correspondientes, teniendo en cuenta el rendimiento térmico.
• Se asigna el consumo de gas para la producción eléctrica, teniendo en cuenta el rendimiento eléctrico, al uso NDEF y marcamos ese consumo con una etiqueta "CTEEPBD_DESTINO_COGEN" en el comentario (o, alternativamente, definimos un uso COGEN, pero esto es incompatible con el formato XML actual)
• Se calcula el reparto por servicios del consumo realmente efectuado de la electricidad cogenerada y asignar la parte proporcional del consumo de gas de consumo NDEF a esos servicios
• Habría que pensar qué ocurre con el consumo no usado (que sería electricidad exportada).

Implementar cálculo de emisiones

Permitir el cálculo de emisiones usando los factores de paso correspondientes.

Incluir la definición del perímetro de evaluación con el vector energético

Ahora mismo la definición del perímetro de evaluación está desligada del vector energética y solidificada en el código.

Sería mejor que esa información estuviese asociada a cada vector como un dato igual que el de los factores de emisión. Se podría incluso definir un mismo vector con dos valores diferenciados en función del perímetro asignado si eso tuviese interés (podría serlo si se quiere diferenciar la producción eléctrica nearby de la onsite).

Definir librería con interfaz en C

Para facilitar la integración con otros programas, sin usar la interfaz de línea de comandos

Cambiar el formato de entrada a JSON

El formato JSON nos permite más flexibilidad en la entrada de datos pensando en su evolución, aunque sea menos compacta que la actual.

Define un tipo de componente o metadato nuevo que indique los servicios del balance

Los servicios incluidos en el balance son distintos entre residencial y terciario. Para desligar la lista de los componentes de consumo aceptables de los considerados en el balance se podría indicar esta información en el propio cteepbd con un componente nuevo.

En terciario tendría:

'BALANCE, SERVICES, CAL, REF, ACS, VEN, ILU'

Y en residencial:

'BALANCE, SERVICES, CAL, REF, ACS, VEN'

Resultados sorprendentes en casos con cogeneración

Álvaro Rebé manda unos casos que parecen extraños, con uso de cogeneración.

Caso 1 - Gas + PV

El caso base es un consumo de GN, un consumo de electricidad y una producción fotovoltaica (superior al consumo de electricidad)

GN, cons, cal, 12kWh/m2a
EL, cons, cal, 12kWh/m2a
EL, prod, insitu, 24kWh/m2a

En este caso todo parece correcto, la producción de electricidad únicamente cubre el consumo de electricidad.

EP_ren => 14.28 [kWh/m²a]

Gas natural (FP=1.19) => 12 [kWh/m²a] * 1.19 = 14,28
Electricidad: La producción fotovoltaica cubre el consumo de electricidad, pero el exceso no se aprovecha.

EP_nren => 12+0.06[kWh/m²a]*

Gas natural (FP=0.005) => 12 [kWh/m²a] * 0.005 = 0.06
Electricidad: La producción fotovoltaica cubre el consumo de electricidad, 12 [kWh/m²a]

EP_total => 14.28+12.06 = 26.34[kWh/m²a]

Caso 2 - Gas + Cogen elevada

En el siguiente caso se va a aprovechar parte de la energía del GN en cogeneración para producir electricidad (sin tener en cuenta la producción fotovoltaica).

GN, cons, cal, 12kWh/m2a
EL, cons, cal, 12kWh/m2a
EL, prod, cogen, 24kWh/m2a

En este caso me salen valores de EP_nren negativos, lo cual me da a entender que además de cubrirse los consumos de electricidad parte se inyecta a la red?

EP_ren => 14.28 - 30= -15.72[kWh/m²a]

Gas natural (FP=1.19) => 12[kWh/m²a]*1.19 = 14,28
Electricidad(FPcogeneracion=2.5) => (24-12)*2.5 = 30

EP_nren => 12 + 0.06[kWh/m²a]*

Gas natural (FP=0.005) => 12[kWh/m²a]*0.005 = 0.06

EP_total => -15.72+0.06 = -15.66[kWh/m²a]

Caso 3 - Gas + PV + Cogen elevada

Si tenemos en cuenta ambas producciones de electricidad

GN, cons, cal, 12kWh/m2a
EL, cons, cal, 12kWh/m2a
EL, prod, insitu, 24kWh/m2a
EL, prod, cogen, 24kWh/m2a

La inyección a red incluye el exceso de energía eléctrica producida insitu y por cogeneración.

EP_ren => 14.28-90=-75.72[kWh/m²a]

Gas natural (FP=1.19) => 12[kWh/m²a]*1.19=14,28
Electricidad(FPcogeneracion=2.5) => (24+24-12)*2.5=90

EP_nren => 0.06-12= -11.94[kWh/m²a]

Gas natural (FP=0.005) => 12[kWh/m²a]0.005=0.06
Electricidad: -121[kWh/m²a]

EP_total => -75.72-11.94 = -87.66[kWh/m²a]

Caso 4 - Gas + PV + Cogen mínima

El siguiente caso es similar al anterior pero con una producción de electricidad por cogeneración mínima:

GN, cons, cal, 12kWh/m2a
EL, cons, cal, 12kWh/m2a
EL, prod, insitu, 24kWh/m2a
EL, prod, cogen, 0.01kWh/m2a

EP_ren -> 12.05 kWh/m2a
EP_nren -> -15.75kWh/m2a
EP_tot -> -3.7 kWh/m2a

Integra logging

Integrar logging con https://docs.rs/log/0.4.6/log/

Ampliar casos de cálculo de porcentaje renovable de la demanda

Ahora mismo no se calcula el porcentaje de la demanda de ACS de origen renovable cuando hay más de un vector de red, pero esta es una condición innecesariamente restrictiva, ya que, excepto cuando existe un combustible renovable (biomasa sólida) del perímetro próximo y otro vector más de red, en el resto de casos, sigue siendo posible determinar la demanda renovable (todos los vectores renovables con rend=1, aunque esto sea solo una aproximación para termos eléctricos).

Esto abriría la puerta a calcular casos con más sistemas simultáneos.