Análisis de incertidumbre y sensibilidad

Descripción general

La simulación del comportamiento de los edificios es un proceso muy complejo. Algunos o todos los datos de entrada suelen ser las mejores estimaciones disponibles y simplificaciones que no representan necesariamente la realidad por completo. La incertidumbre de las variables de entrada puede deberse a:

Falta de información sobre los detalles del edificio en distintas fases del diseño.
Variación en la calidad de fabricación y montaje de los componentes del edificio.
Comportamiento imprevisible de los ocupantes.
Incertidumbre en la predicción meteorológica ante el cambio climático y en los datos meteorológicos por el uso de datos sintéticos.

Esta incertidumbre de entrada limita la confianza en los resultados del modelo, que pueden contener errores. El análisis de incertidumbre cuantifica esos errores y trata la salida de simulación como «probabilística» en lugar de «determinista».

El análisis de sensibilidad está relacionado con el de incertidumbre. Mientras que este cuantifica la variabilidad de una salida debida a la incertidumbre de una o más entradas, el análisis de sensibilidad estudia cómo se reparte la incertidumbre de cada salida entre las distintas fuentes de incertidumbre de las entradas.

Una buena práctica de modelado exige evaluar la confianza en el modelo. Para ello se necesita primero un análisis de incertidumbre que cuantifique la incertidumbre de los resultados y después un análisis de sensibilidad que evalúe la contribución de cada entrada a dicha incertidumbre. El análisis de sensibilidad ordena las entradas según la fuerza y relevancia con que determinan la variación de la salida.

Recalcular los resultados con hipótesis alternativas de entrada para determinar el efecto de una variable mediante análisis de sensibilidad puede servir para:

Comprobar la robustez de los resultados ante la incertidumbre.
Entender mejor las relaciones entre variables de entrada y salida.
Reducir la incertidumbre identificando las entradas que causan una incertidumbre significativa en la salida y merecen atención.
Simplificar el modelo fijando entradas que no afectan a la salida o identificando partes redundantes de su estructura.
Mejorar la comunicación entre quienes modelan y quienes toman decisiones (por ejemplo, haciendo las recomendaciones más creíbles, comprensibles, convincentes o persuasivas).
Apoyar un proceso de optimización del diseño reduciendo el espacio de búsqueda y el número de factores a los más importantes.
Calibrar modelos: una prueba inicial de sensibilidad puede facilitar la calibración al centrarse en los parámetros más sensibles.

Metodología básica de los análisis de incertidumbre y sensibilidad

Paso 1: Cuantifica la incertidumbre de cada entrada (por ejemplo, intervalos y distribuciones de probabilidad). Hacerlo de forma rigurosa puede ser difícil y existen numerosos métodos para obtener distribuciones de incertidumbre a partir de datos subjetivos.

Paso 2: Identifica la salida del modelo que se analizará (idealmente, el objetivo debe estar directamente relacionado con el problema abordado).

Paso 3: Ejecuta el modelo varias veces con métodos de muestreo adecuados y las incertidumbres de entrada.

Paso 4: Calcula las medidas de sensibilidad de interés a partir de las salidas resultantes.

La figura siguiente muestra un esquema ideal de análisis de sensibilidad basado en muestreo. Las incertidumbres de distintas fuentes —errores en los datos, estimación de parámetros y estructuras alternativas del modelo— se propagan por el modelo para el análisis de incertidumbre y su importancia relativa se cuantifica mediante el análisis de sensibilidad.

Implementación en DesignBuilder

El análisis de incertidumbre y sensibilidad de DesignBuilder admite varios métodos de muestreo y una amplia gama de distribuciones de probabilidad para los parámetros de entrada. Se aplican estadísticas a los resultados de simulación de las entradas muestreadas para estimar la incertidumbre. El método de análisis de sensibilidad implementado en DesignBuilder es el análisis de regresión. En DesignBuilder puede incluirse cualquier número de variables de diseño para cada salida seleccionada. Aunque pueden analizarse varias entradas y salidas, el análisis de cada salida es independiente.

Por ejemplo, un estudio de incertidumbre y sensibilidad de las emisiones totales de carbono del edificio podría analizar un diseño base variando cerramientos de muros y cubiertas, cantidad y tipo de acristalamiento, grados de sombreado y sistemas HVAC. Los resultados de incertidumbre podrían mostrarse en un histograma con la variación de emisiones totales. Los de sensibilidad de la salida podrían representarse en un gráfico de barras, una por variable de entrada. Su magnitud indica la importancia relativa: la barra más larga corresponde a la entrada más importante o sensible. El signo indica si la relación entre entrada y salida es directa o inversa. Un valor positivo significa que al aumentar la entrada aumenta el resultado, y viceversa.

Consejo: Para empezar a conocer los análisis de incertidumbre y sensibilidad, sigue los tutoriales Básico y Avanzado .

Ejemplo de resultado de análisis de incertidumbre:

Ejemplo de resultado de análisis de sensibilidad:

Para empezar un análisis de incertidumbre y sensibilidad, ve a la pantalla Simulación y haz clic en la pestaña Optimización + análisis UA/SA. Desde esa pantalla puedes:

Editar los ajustes de análisis de incertidumbre y sensibilidad (salida y variables de entrada de diseño). Es un primer paso obligatorio antes de ejecutar el primer análisis.
Actualizar el análisis de incertidumbre y sensibilidad, lo que abre el diálogo Opciones de cálculo de análisis de incertidumbre y sensibilidad .
Ver resultados de incertidumbre y análisis de sensibilidad.

Contenido del análisis de incertidumbre y sensibilidad

Consulta también las páginas Wiki: