Download Conceptos básicos de eficiencia energética en edificios

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
ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA
 IMPACTO SOBRE EL MEDIOAMBIENTE DE LOS MATERIALES Y
EQUIPOS
 CONSUMO ENERGÉTICO DEL EDIFICIO
Factores a tener en cuenta en el proyecto
1. Condicionantes arquitectónicos y urbanísticos
2. Tipología de edificio
3. Elementos de la envolvente
4. Equipamiento
UBICACIÓN
Valor ecológico del solar
Planes urbanísticos
Disponibilidad de transporte público
Infraestructuras
Vegetación y zonas verdes
Planes urbanísticos
Ruido
Ordenanzas municipales
Sombras sobre otros edificios y terreno
Planes urbanísticos
DISEÑO ARQUITECTONICO
Situación (condiciones climáticas)
FACTOR A CONSIDERAR
Forma
Actuación proyectista
Orientación y distribución interior
Actuación proyectista
Aislamiento, soluciones constructivas
Actuación proyectista
Ventilación, infiltraciones de aire
Actuación proyectista
Disponibilidad de espacios para residuos
Infraestructuras
INSTALACIONES
Calefacción
Actuación proyectista
Agua caliente sanitaria (ACS)
Actuación proyectista
Iluminación y electrodomésticos
Comportamiento usuarios
-Entorno: climatología y orientación
-Envolvente
-Sistemas y equipos
-Uso
CARGAS TÉRMICAS DEL EDIFICIO
POTENCIA kW !!
CÁLCULO CARGAS EN LAS HORAS
MÁS DESFAVORABLES DEL AÑO
-REFRIGERACIÓN
ENERGÍA kWh !!
EVOLUCIÓN ANUAL DE LA CARGA
TÉRMICA DE REFRIGERACIÓN Y
CALEFACCIÓN EN EL EDIFICIO
15 horas solares mes de Julio
-CALEFACCIÓN
7 horas solares del mes de Enero
BASADO EN METODOLOGÍA
ASHRAE
PROGRAMAS DE
MODELADO
CARGAS TÉRMICAS + DEMANDA DE ACS
DEMANDA TÉRMICA DEL EDIFICIO
=
=
RENDIMIENTO GLOBAL DE LA INSTALACIÓN
DEMANDA TÉRMICA DEL EDIFICIO
CONSUMO DE
ENERGÍA FINAL
(función del sistema elegido)
CONSUMO DE
ENERGÍA FINAL
X
FACTORES DE
EMISIÓN (función del
combustible y del sistema
eléctrico)
=
EMISIONES CO2, NOX,
etc
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
CÁLCULO DE CARGAS.
Conceptos básicos: Ganancias térmicas
Radiación solar cerramientos
semitransparentes
GANANCIAS EXTERNAS
+
GANANCIAS INTERNAS
Infiltración
Iluminación
Transmisión cerramientos
semitransparentes
Transmisión cerramientos
opacos exteriores
Transmisión cerramientos
opacos interiores
Ocupación
Equipos
Transmisión cerramientos
opacos interiores
CÁLCULO DE CARGAS.
Conceptos básicos:
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
GANANCIAS
Fracción convectiva
Energía instantánea al
aire
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
Datos de partida
Elementos constructivos
Solera
Datos de partida
Elementos constructivos
Cerramientos
CÁLCULO DE CARGAS
Datos de partida
CÁLCULO DE CARGAS
Metodología
CÁLCULO DE LAS
GANANCIAS (O PÉRDIDAS) DE CALOR
FACTORES DE
RESPUESTA
CARGAS DEL SISTEMA
FACTORES DE
RESPUESTA
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
Método de Milatas y Stephenson
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)
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
Conductivos
ASHRAE
Espacios medios
CALENER
Para la ganancia solar
Factores de
respuesta
precalculados
Espacios pesados
Factores de
respuesta para
cada espacio
Para la iluminación
Para la ocupación y el
equipo diverso
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)
CÁLCULO DE CARGAS
Resultados
DEMANDA DE CALEFACCIÓN
Por espacios y total para:
 Conducción muros
 Conducción cubierta
 Conducción terreno
 Conducción ventanas
 Solar ventanas
 Infiltraciones
Iluminación
 Ocupantes
 Equipos
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
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
1.Características térmicas del edificio (cerramientos e infiltraciones)
2.Instalaciones de calefacción y agua caliente y sus características de aislamiento
3.Instalación de aire acondicionado
4.Ventilación
5.Instalación de iluminación artificial
6.Disposición y orientación de los edificios (incluidas las condiciones climáticas exteriores)
7.Sistemas solares pasivos y protección solar
8.Ventilación natural
9.Condiciones ambientales interiores, incluidas las de proyecto
• En el cálculo se tendrá en cuenta la INCIDENCIA POSITIVA de los siguientes aspectos
1.Sistemas solares activos u otros sistemas de calefacción o producción de electricidad basados en fuentes de energías renovables
2.Electricidad producida por cogeneración
3.Sistemas de calefacción y refrigeración central o urbana
4.Iluminación natural
• Para el cálculo se realizará la siguiente CLASIFICACIÓN DE EDIFICIOS
1.Viviendas unifamiliares de distintos tipos
2.Edificios de viviendas
3.Oficinas
4.Edificios de centros de enseñanza
5.Hospitales
6.Hoteles y restaurantes
7.Instalaciones deportivas
8.Edificios comerciales
9.Otro tipo de edificios que consuman energía
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. Nueva legislación en material de
eficiencia energética en edificios
EDIFICIOS DE VIVIENDAS
OPCIÓN GENERAL
Requisitos mínimos
OPCIÓN
SIMPLIFICADA
Procedimiento de
referencia
Procedimientos
alternativos
Demanda de
calefacción y
refrigeración
Programa LIDER
Programas
alternativos al LIDER
Cumplimiento de los
requisitos de CTEHE1
Rendimiento de
instalaciones
térmicas
Cumplimiento de los
requisitos de CTEHE2
Cumplimiento de los
requisitos de CTEHE2
Cumplimiento de los
requisitos de CTEHE2
Contribución solar
mínima de ACS
Cumplimiento de
Cumplimiento de
Cumplimiento de
porcentajes previstos porcentajes previstos porcentajes
en CTE-HE4
en CTE-HE4
previstos en CTEHE4
CALIFICACIÓN ENERGÉTICA
Programa CALENER
(VYP)
Programas
alternativos al
CALENER
Asignación directa
de Clase de
eficiencia D o E
RESTO EDIFICACIÓN
OPCIÓN GENERAL
Procedimiento de Procedimientos
referencia
alternativos
Demanda de
Programa LIDER
Programas
calefacción y
alternativos al
refrigeración
LIDER
Rendimiento de
Cumplimiento de
Cumplimiento de
instalaciones
los requisitos de
los requisitos de
térmicas
CTE-HE2
CTE-HE2
Instalaciones de
Cumplimiento de
Cumplimiento de
iluminación
los requisitos de
los requisitos de
Requisitos
CTE-HE3
CTE-HE3
mínimos
Contribución solar Cumplimiento de
Cumplimiento de
mínima de ACS
porcentajes
porcentajes
previstos en CTEprevistos en CTEHE4
HE4
Contribución
Cumplimiento de
Cumplimiento de
fotovoltaica
porcentajes
porcentajes
mínima de energía previstos en CTEprevistos en CTEeléctrica
HE5
HE5
Programas
Programa CALENER
CALIFICACIÓN ENERGÉTICA
alternativos al
(VYP)
CALENER
OPCIÓN
SIMPLIFICADA
Cumplimiento de
los requisitos de
CTE-HE1
Cumplimiento de
los requisitos de
CTE-HE2
Cumplimiento de
los requisitos de
CTE-HE3
Cumplimiento de
porcentajes
previstos en CTEHE4
Cumplimiento de
porcentajes
previstos en CTEHE5
---
RESTO EDIFICACIÓN
HE1 Simplificada
Aplicación de la HE5
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
OPCIÓN SIMPLIFICADA HE1
3.- DEFINICIÓN DE LA ENVOLVENTE TÉRMICA Y CERRAMIENTOS
Orientación de las fachadas
4.- COMPROBACIÓN PERMEABILIDAD HUECOS Y LUCERNARIOS
Zona climática Permeabilidad al aire inferior a (m3/h m2)
A, B
50
C, D, E
27
pemeabilidad medida con una presión de 100 Pa
OPCIÓN SIMPLIFICADA HE1
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
Fhm
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
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
A. Primera etapa: recogida de datos y panificación de la auditoría
B. Segunda etapa: medidas experimentales
C. Tercera etapa: balances energéticos
D. Cuarta etapa: análisis para la mejora del comportamiento energético del
edificio
E. Quinta etapa: resultados finales
A. Primera etapa: recogida de datos y planificación de la auditoria
1. Entrevista con los responsables del
edificio y recogida de información.
2. Planificación de la auditoría energética.
3.
Inspección visual.
4. Cuestionario.
5. Simulación.
6. Informe preliminar.
B. 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.
C. 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
D. 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
E. 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.