3D Physical Model of The City of Austin for Energy Building Simulation in Future Scenarios

Abstract

El rápido crecimiento de las áreas urbanas en todo el mundo puede tener graves consecuencias medioambientales. Como respuesta, gobiernos locales de las principales ciudades del mundo han fijado desafíos medioambientales, mientras que distintas organizaciones han desarrollado estándares energéticos sostenibles para los edificios, con el objetivo de reducir la contaminación producida por los mismos. Las simulaciones energéticas de edificios pueden proporcionar información acerca del consumo energético de los edificios para diferentes escenarios, ayudando en el desarrollo de medidas y en la planificación urbana de las ciudades. Este estudio presenta la metodología necesaria para crear un modelo físico 3D de los edificios de la ciudad de Austin. Este modelo se crea utilizando una base de datos PostgreSQL que contiene los datos necesarios para caracterizar a los edificios, como la altura, la geometría o los materiales de construcción. Estas características pueden ser modificadas para simular escenarios que recreen distintos niveles de aislamiento, los cuales puedan ser obtenidos mediante la aplicación de estándares sostenibles. Las simulaciones energéticas son realizadas utilizando el software CitySim Pro. Este software estima la demanda energética horaria de los edificios para refrigeración, calefacción y electricidad, utilizando el modelo 3D de los edificios junto con un archivo que contiene los datos climáticos de la ciudad. Los resultados muestran el potencial ahorro energético que se puede obtener mediante la aplicación de estándares LEED a un distrito residencial de la ciudad, y el impacto energético que tendría la construcción de edificios de mayor altura, construidos como respuesta al crecimiento de población de la ciudad.

The rapid growth of urban areas in countries world-wide may have severe environmental consequences. In response, governments are chasing environmental challenges, and green building standards have been developed to reduce the pollution that buildings produce. Building energy simulations can provide meaningful information about the energy consumption profile of urban areas in different scenarios, helping in the development of policies and allowing to measure the impact of the application of existing standards. This study presents the methodology to realize a 3D physical model of a district of the City of Austin. This model is built using a PostgreSQL database that contains characteristics of the buildings such as geometry, height or material of the walls. These characteristics can be modified to simulate several scenarios that recreate the different refurbishment levels that can be achieved following green buildings standards. The energy simulations are performed with the simulation tool Citysim Pro. This software estimates the expected hourly energy demand for heating and cooling and the electric consumption of every building using the virtual urban model and climate data of the city. The results show the potential energy demand reduction that can be achieved by applying LEED standards to a residential district of the city and the energy impact of the construction of higher buildings as a response to the population growth of the city.