Conceptos básicos de eficiencia energética en edificios

CONTEXTO ENERGÉTICO

CONTEXTO ENERGÉTICO

CONTEXTO ENERGÉTICO

CONTEXTO ENERGÉTICO

ANÁLISIS ENERGÉTICO Y MEDIOAMBIENTAL DE UN EDIFICIO VIDA ÚTIL DE UN EDIFICIO Comportamiento del edificio desde su diseño arquitectónico hasta su demolición IMPACTO SOBRE EL MEDIOAMBIENTE DE LOS MATERIALES Y EQUIPOS CONSUMO ENERGÉTICO DEL EDIFICIO Condicionantes arquitectónicos y urbanísticos Tipología de edificio Elementos de la envolvente Equipamiento ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA Factores a tener en cuenta en el proyecto

UBICACIÓN Valor ecológico del solar Planes urbanísticos Disponibilidad de transporte público Infraestructuras Vegetación y zonas verdes Ruido Ordenanzas municipales Sombras sobre otros edificios y terreno DISEÑO ARQUITECTONICO Situación (condiciones climáticas) FACTOR A CONSIDERAR Forma Actuación proyectista Orientación y distribución interior Aislamiento, soluciones constructivas Ventilación, infiltraciones de aire Disponibilidad de espacios para residuos INSTALACIONES Calefacción Agua caliente sanitaria (ACS) Iluminación y electrodomésticos Comportamiento usuarios

Entorno: climatología y orientación Envolvente Sistemas y equipos Uso CARGAS TÉRMICAS DEL EDIFICIO POTENCIA kW !! ENERGÍA kWh !! CÁLCULO CARGAS EN LAS HORAS MÁS DESFAVORABLES DEL AÑO REFRIGERACIÓN 15 horas solares mes de Julio -CALEFACCIÓN 7 horas solares del mes de Enero BASADO EN METODOLOGÍA ASHRAE EVOLUCIÓN ANUAL DE LA CARGA TÉRMICA DE REFRIGERACIÓN Y CALEFACCIÓN EN EL EDIFICIO PROGRAMAS DE MODELADO

(función del sistema elegido) CARGAS TÉRMICAS + DEMANDA DE ACS = DEMANDA TÉRMICA DEL EDIFICIO DEMANDA TÉRMICA DEL EDIFICIO CONSUMO DE ENERGÍA FINAL = RENDIMIENTO GLOBAL DE LA INSTALACIÓN (función del sistema elegido) CONSUMO DE ENERGÍA FINAL FACTORES DE EMISIÓN (función del combustible y del sistema eléctrico) EMISIONES CO2, NOX, etc X =

FACTORES DE EMISIÓN Metodología IPCC

FACTORES DE EMISIÓN (Fuente: AVEN)

¿CÓMO DISMINUIR LA DEMANDA DEL EDIFICIO? Optimización de la radiación solar Limitar las pérdidas en los puentes térmicos Controlar las infiltraciones Emplear vidrios de alta transmisión y baja emisividad Técnicas constructivas bioclimáticas Garantizar la ventilación natural Favorecer la iluminación natural

¿CÓMO DISMINUIR EL CONSUMO DEL EDIFICIO? Empleo de energías renovables Selección de equipos de alto rendimiento energético (bomba de calor, calderas de condensación, etc.) Centralización de instalaciones de ACS y climatización Sistemas de gestión de las instalaciones Aislamiento de tuberías Lámparas y electrodomésticos de bajo consumo

Conceptos básicos: Ganancias térmicas CÁLCULO DE CARGAS. Conceptos básicos: Ganancias térmicas GANANCIAS EXTERNAS Transmisión cerramientos opacos interiores Transmisión cerramientos opacos exteriores Transmisión cerramientos semitransparentes Radiación solar cerramientos semitransparentes Infiltración + GANANCIAS INTERNAS Equipos Iluminación Ocupación

Conceptos básicos: CÁLCULO DE CARGAS. COEFICIENTE DE TRANSMISIÓN U (W/m2K): Flujo de calor que atraviesa una superficie de 1 m2 para una diferencia de temperatura de 1 K FACTOR SOLAR (S): Relación entre la energía solar transmitida y la energía solar incidente en un acristalamiento PUENTES TÉRMICOS: Discontinuidad en un cerramiento bien por geometría (pilares, uniones muro-forjado, etc.) bien por errores en la ejecución (heterogeneidad en el aislamiento). Producen pérdidas térmicas (aumento del U) y, en algunos casos, condensaciones.

Conceptos básicos: Relación entre ganancias y cargas térmicas Ganancias Exteriores Fracción convectiva Energía instantánea al aire GANANCIAS CARGAS Ganancias Interiores Fracción radiante Energía acumulada en la masa térmica Energía devuelta al aire (amortiguada y desfasada)

Conceptos básicos: Ejemplo de curvas de ganancia y de carga

Datos de partida: Planos

Elementos constructivos Datos de partida Elementos constructivos Solera

Elementos constructivos Datos de partida Elementos constructivos Cerramientos

CÁLCULO DE CARGAS Datos de partida

Metodología FACTORES DE RESPUESTA FACTORES DE RESPUESTA CÁLCULO DE CARGAS Metodología CÁLCULO DE LAS GANANCIAS (O PÉRDIDAS) DE CALOR FACTORES DE RESPUESTA FACTORES DE RESPUESTA CARGAS DEL SISTEMA

Metodología: Cálculo de la ganancia de calor a través de cerramientos opacos Cerramientos exteriores o en contacto con el terreno Régimen no permanente: Variaciones climatológicas externas Inercia térmica cerramientos Solución Carslaw y Jaeger Q flujo de calor por unidad de superficie en el interior de la pared a,b coeficientes de la función de transferencia del cerramiento E “temperatura sol-aire” E=f(hext, Text, , Id , ID) Método de Milatas y Stephenson

Metodología: Cálculo de la ganancia de calor a través de cerramientos opacos Cerramientos interiores Hipótesis de Régimen permanente: Débil inercia térmica de los cerramientos Condiciones de contorno prácticamente constantes

Metodología: Cálculo de la ganancia de calor a través de medios semitransparentes

Datos de partida: Elementos constructivos

Datos de partida: Geometría

Metodología: Cálculo de la ganancia de calor debida a infiltración Carga puramente convectiva Balance de energía realizado sobre el volumen de aire exterior Caudal volumétrico del aire calculado con métodos empíricos a partir de datos de velocidad y dirección del viento en la zona

Metodología: Cálculo de la ganancia de calor debida a factores internos de la carga Iluminación Tipo luminaria Horario utilización

Metodología: Cálculo de la ganancia de calor debida a factores internos de la carga Ocupación Nº ocupantes Simultaneidad Actividad realizada Equipo diverso Energía disipada Potencia Factor utilización

Metodología: Cálculo de la carga térmica partiendo de las ganancias de calor MÉTODO DE LOS FACTORES DE RESPUESTA Factor de respuesta: función de transferencia propia de cada uno de los componentes de la ganancia calculada como la respuesta del sistema térmico ante un impulso unidad de la ganancia calor Factor de respuesta = f(GEOMETRÍA, TIPO MURO, VENTANAS, ORIENTACIONES) Espacios ligeros Espacios medios Espacios pesados Conductivos Para la ganancia solar Para la iluminación Para la ocupación y el equipo diverso ASHRAE Factores de respuesta precalculados CALENER Factores de respuesta para cada espacio

Metodología: Cálculo de la carga térmica partiendo de las ganancias de calor MÉTODO DE LOS FACTORES DE RESPUESTA Cálculo de los factores de respuesta De forma discreta (hora a hora)

Resultados CÁLCULO DE CARGAS DEMANDA DE REFRIGERACIÓN Por espacios y total para: Conducción muros Conducción cubierta Conducción terreno Conducción ventanas Solar ventanas Infiltraciones sensible Infiltraciones latente Iluminación Ocupantes sensible Ocupantes latente Equipos sensible Equipos latente DEMANDA DE CALEFACCIÓN Por espacios y total para: Conducción muros Conducción cubierta Conducción terreno Conducción ventanas Solar ventanas Infiltraciones Iluminación Ocupantes Equipos

NUEVA LEGISLACIÓN ENERGÉTICA SECTOR DE LA EDIFICACIÓN PLAN DE ACCIÓN DE EFICIENCIA ENERGÉTICA 2005-2007 NUEVA LEGISLACIÓN ENERGÉTICA SECTOR DE LA EDIFICACIÓN

Normativa eficiencia energética en edificios

Directiva 2002/91/CE relativa a la eficiencia energética de los edificios Aspectos que se deben integrar en la METODOLOGÍA DE CÁLCULO Características térmicas del edificio (cerramientos e infiltraciones) Instalaciones de calefacción y agua caliente y sus características de aislamiento Instalación de aire acondicionado Ventilación Instalación de iluminación artificial Disposición y orientación de los edificios (incluidas las condiciones climáticas exteriores) Sistemas solares pasivos y protección solar Ventilación natural Condiciones ambientales interiores, incluidas las de proyecto En el cálculo se tendrá en cuenta la INCIDENCIA POSITIVA de los siguientes aspectos Sistemas solares activos u otros sistemas de calefacción o producción de electricidad basados en fuentes de energías renovables Electricidad producida por cogeneración Sistemas de calefacción y refrigeración central o urbana Iluminación natural Para el cálculo se realizará la siguiente CLASIFICACIÓN DE EDIFICIOS Viviendas unifamiliares de distintos tipos Edificios de viviendas Oficinas Edificios de centros de enseñanza Hospitales Hoteles y restaurantes Instalaciones deportivas Edificios comerciales Otro tipo de edificios que consuman energía

CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN (www.codigotecnico.org) Transposición de la Directiva 2002/91/CE. Nueva legislación en material de eficiencia energética en edificios CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN (www.codigotecnico.org) Documento Básico HE AHORRO DE ENERGÍA HE1 Limitación de la demanda energética HE2 Rendimiento de las instalaciones térmicas HE3 Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación HE4 Contribución solar mínima de ACS HE5 Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica NUEVO REGLAMENTO DE INSTALACIONES TÉRMICAS EN EDIFICIOS (R.I.T.E) R.D. 47/2007 Procedimiento básico para la certificación de eficiencia energética de edificios de nueva construcción

Transposición de la Directiva 2002/91/CE Transposición de la Directiva 2002/91/CE. Nueva legislación en material de eficiencia energética en edificios

CALIFICACIÓN ENERGÉTICA EDIFICIOS DE VIVIENDAS OPCIÓN GENERAL OPCIÓN SIMPLIFICADA Procedimiento de referencia Procedimientos alternativos Requisitos mínimos Demanda de calefacción y refrigeración Programa LIDER Programas alternativos al LIDER Cumplimiento de los requisitos de CTE-HE1 Rendimiento de instalaciones térmicas Cumplimiento de los requisitos de CTE-HE2 Contribución solar mínima de ACS Cumplimiento de porcentajes previstos en CTE-HE4 CALIFICACIÓN ENERGÉTICA Programa CALENER (VYP) Programas alternativos al CALENER Asignación directa de Clase de eficiencia D o E

CALIFICACIÓN ENERGÉTICA RESTO EDIFICACIÓN OPCIÓN GENERAL OPCIÓN SIMPLIFICADA Procedimiento de referencia Procedimientos alternativos Requisitos mínimos Demanda de calefacción y refrigeración Programa LIDER Programas alternativos al LIDER Cumplimiento de los requisitos de CTE-HE1 Rendimiento de instalaciones térmicas Cumplimiento de los requisitos de CTE-HE2 Instalaciones de iluminación Cumplimiento de los requisitos de CTE-HE3 Contribución solar mínima de ACS Cumplimiento de porcentajes previstos en CTE-HE4 Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica Cumplimiento de porcentajes previstos en CTE-HE5 CALIFICACIÓN ENERGÉTICA Programa CALENER (VYP) Programas alternativos al CALENER ---

RESTO EDIFICACIÓN HE1 Simplificada Aplicación de la HE5

1.- DETERMINACIÓN DE LA ZONA CLIMÁTICA (APÉNDICE D) OPCIÓN SIMPLIFICADA HE1 1.- DETERMINACIÓN DE LA ZONA CLIMÁTICA (APÉNDICE D) 2.- CLASIFICACIÓN DE LOS ESPACIOS baja carga interna (viviendas, habitaciones y salas de estar de hoteles y hospitales…) habitables   alta carga interna no habitables higrometría 5 piscinas y lavanderías higrometría 4 duchas, pabellones, rtes... higrometría <3

ZONAS CLIMÁTICAS

3.- DEFINICIÓN DE LA ENVOLVENTE TÉRMICA Y CERRAMIENTOS OPCIÓN SIMPLIFICADA HE1 3.- DEFINICIÓN DE LA ENVOLVENTE TÉRMICA Y CERRAMIENTOS Orientación de las fachadas 4.- COMPROBACIÓN PERMEABILIDAD HUECOS Y LUCERNARIOS

OPCIÓN SIMPLIFICADA HE1

6.- LIMITACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA OPCIÓN SIMPLIFICADA HE1 5.- PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE LOS CERRAMIENTOS Y PARTICIONES INTERIORES (APÉNDICE E) 6.- LIMITACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA 6.1.- Comprobación valores límite transmitancia térmica

OPCIÓN SIMPLIFICADA HE1 6.2.- Media de parámetros característicos Ucm Transmitancia media cubiertas, incluye sus lucernarios Ul y puentes térmicos Upc Usm Transmitancia media suelos Umm Tansmitancia media de muros, incluye sus puentes térmicos (huecos, pilares, persianas) Utm Transmitancia media de cerramientos en contacto con el terreno Uhm Transmitancia media de huecos en fachada para cada orientación Fhm Factor solar modificado medio para huecos en fachada por orientación Factor solar modificado para lucernarios en cubierta 6.3.- Comparación de los parámetros con los límite (Tabla 3.1) 6.4.- Transmitancia a las zonas comunes en los edificios de viviendas

OPCIÓN SIMPLIFICADA HE1

7.- CONDENSACIONES (APÉNDICE G) OPCIÓN SIMPLIFICADA HE1 7.- CONDENSACIONES (APÉNDICE G) 7.1.- Condensaciones superficiales 7.2.- Condensaciones intersticiales Presión de vapor en la superficie de las capas < Presión de vapor de saturación

EJEMPLO OPCIÓN SIMPLIFICADA CALIFICACIÓN ENERGÉTICA D o E

Auditoría energética

Metolodología de una auditoría energética Primera etapa: recogida de datos y panificación de la auditoría Segunda etapa: medidas experimentales Tercera etapa: balances energéticos Cuarta etapa: análisis para la mejora del comportamiento energético del edificio Quinta etapa: resultados finales

Primera etapa: recogida de datos y planificación de la auditoria Entrevista con los responsables del edificio y recogida de información. Planificación de la auditoría energética. Inspección visual. Cuestionario. Simulación. Informe preliminar.

Segunda etapa: medidas experimentales Planificación del proceso de medición: Debe abarcar: La secuencia de operaciones La organización de las medidas El tipo de instrumentos El tipo de medidas: Discreta: Se puede eliminar la parte dinámica de los fenómenos térmicos y su ejecución es de gran sencillez. Continua: Se llevan a cabo mediante la monitorización durante un tiempo determinado Instrumentación Depende del tipo de parámetros que se desee medir Temperatura: termómetro Presión: manómetro Etc.

Tercera etapa: balances energéticos Diagnóstico del balance energético del edificio Con toda la información recopilada hasta ahora ya somos capaces de hacer el balance de energía de todas las instalaciones. Ejemplo: Grupos de producción de agua fría Potencia (kcal/h) = Cp x caudal (m3/h) x (temp.entrada – temp.salida) Torres de enfriamiento Potencia (kcal/h) = caudal (l/h) x (temp.entrada – temp.salida) Bombas centrifugas Pot.util (kW) = caudal (m3/h) x ∆presion (mm.c.a) / 367 Etc. Estudio en profundidad Comparación de los consumos obtenidos a partir de los balances con los provenientes de la simulación y con los que figuren en la facturación energética

Análisis para la mejora energética del edificio Cuarta etapa: análisis para la mejora del comportamiento energético del edificio Análisis para la mejora energética del edificio Se propondrán una serie de mejoras a introducir que mejoren el comportamiento energético del edificio. En el edificio (aislamiento de cubiertas, ventilación de los espacios, vidrios reflectantes, persianas…) En sistemas de acondicionamiento de aire (optimizar las horas de marcha, minimizar las fugas de aire, reducir la calefacción en zonas no ocupadas…) En regulación y control (instalar equipos de control, sistemas de bombeo de velocidad variable, proteger termostatos y otros sensores para proteger su manipulación…) En recuperación de energía (instalar recuperadores entálpicos, economizadores, utilización de free-cooling…) Utilización de energías renovables (geotérmica, solar, biomasa…) Análisis de viabilidad económica de las mejoras Coste de la implantación Ahorros energéticos esperados Tiempo de retorno (dinero ahorrado en energía dividido entre la inversión inicial) Mejoras de calidad, eficiencia, inconvenientes y otros

Quinta etapa: resultados finales Edición del informe de la auditoría compuesto por: Objeto del informe Introducción teórica: breve introducción de los principios básicos relacionados con nuestro estudio. Descripción y valoración del edificio y de sus instalaciones: Describiremos el edificio y sus instalaciones para tener una idea más precisa de la situación actual. Recogida de medidas: Se expondrán las variables medidas y como se ha llevado a cabo el proceso de medición. Resumen de los resultados: resultados de las medidas realizadas así como los balances energéticos de los sistemas del edificio. Conclusiones: Las conclusiones a las que se han llegado y los problemas que presenta el edificio y sus instalaciones. Recomendaciones: Las medidas preventivas y correctoras que se consideran necesarias para solucionar los problemas, junto con sus ventajas, su coste económico, su tiempo de amortización y los ahorros energéticos esperados. Declaración de confidencialidad: Si existe se puede adjuntar. Anexos: Se puede añadir algún tipo de aclaración de todo lo descrito en el informe como definiciones, normativas, etc.