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Material educativo sobre
Smart Cities
Material educativo sobre Smart Cities
Mª DEL ROSARIO HERAS CELEMÍN
Dra. en Físicas e Investigadora Titular
Jefa de la Unidad de I+D sobre Eficiencia Energética en Edificación
Mesa Redonda: La contribución de la
educación en el alcance de los retos
energéticos
XXXII Jornadas Nacionales sobre
Energía y Educación: Los Retos Energéticos en el
Horizonte 2020
Salón de Actos de la ETSII de la UPM
Madrid. 19 Septiembre 2015
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Material educativo sobre
Smart Cities
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Unidad de investigación en Eficiencia Energética en Edificación (UiE3).
Áreas de actuación
 Disminución de la demanda. Sistemas pasivos.



Orientación, accesibilidad solar, ventilación, iluminación natural, etc.
Diseño y elección de materiales adecuados. Envolvente, cerramientos, huecos, vidrio.
Análisis energético en fase de diseño. Modelizado y simulación
 Integración de energías renovables en el edificio y con los sistemas convencionales



Solar térmica para climatización y ACS
Sistemas de refrigeración solar
Solar fotovoltaica
 Eficiencia energética en entornos urbanos. Smart Cities





Sistemas y redes de poligeneración
District Heating & Cooling
Minicogeneración distribuida
Sistemas de generación basados en energías renovables
Iluminación de bajo consumo
 Evaluación experimental en condiciones de Uso. Monitorización



Evaluación experimental de edificios
Evaluación experimental de componentes de edificación
Evaluación experimental de sistemas de generación y redes de distribución
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INTRODUCCIÓN
Preocupación creciente por Ahorro Energético y Medio Ambiente
en la U.E.  preocupación por la ENERGÍA SOLAR EN LA
EDIFICACIÓN y el PLANEAMIENTO URBANÍSTICO
OBJETIVOS:
ahorro de energía
Arquitectura Bioclimática (energía solar pasiva y activa
en el acondicionamiento térmico)
confort térmico
* Reducir la demanda de energía
convencional
* Reducir las emisiones de CO2
(otros agentes de polución)
a la atmósfera.
“edificios que se alimentan con el sol”
(low energy or energy zero)
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INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS (Cont.):
condiciona
Planeamiento urbanístico
 diseño energéticamente
consciente
 aprovechamiento de los
recursos naturales del lugar
condición necesaria para aprovechar la
energía solar
Trama urbana


debe facilitar el diseño “bioclimático”
Ciudad sostenible  ‘Smart Cities’
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CIUDAD EFICIENTE EN CONSUMO ENERGÍA
= CIUDAD SOSTENIBLE =
CIUDAD DEL FUTURO
Hacia un nuevo modelo …
- Integración de la eficiencia energética y
renovables en el proceso de planificación
urbana, clave para ciudad sostenible
- Consumo energético y movilidad
sostenible: parte de planificación
urbanística
-“Smart Cities”…
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SMART CITIES
(LA CIUDAD DEL
FUTURO)
Innovación en
ciudades vertebrada en
torno a tres ejes:
Energía, TIC’s y
Transporte
Ordenac. Urbana,
Patrimonio Cultural,
Rehabilitación, Efic.
Energetica, …
Edificación
Y
Urbanismo
Agua,
Residuos, Sostenibilidad
Calidad Aire, Urbana
Ruido…
Smartización
District heating,
Smart grids,
Renovables…
Gestión y
Distribución
Energética
SOLUCIONES
URBANAS
Gobernanza
e Impacto
Económico
Participación
Ciudadana,
Competitividad, …
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Inteligencia
Urbana
Movilidad
Urbana
Sostenible
Transporte e
Infraestructuras
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Participación ciudadana
Smart city
Smart citizens
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El boom de las Ciudades inteligentes
Razones:
-Cada momento que pasa las grandes localidades se
encuentran con más y mayores desafíos.
Las ciudades inteligentes, las Smartcities, son la gran
solución al problema.
Se debe realizar la reconversión de sus núcleos urbanos en
espacios ‘Smart’: cada vez más habitual y los ejemplos
llegan de todas partes del planeta.
Las ciudades inteligentes son una de las grandes tendencias
en el uso de las Tecnologías de la Información y
Comunicación (TIC’s).
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Ciudades inteligentes (Cont.)
- El gran reto es mucho más que construir ciudades
inteligentes cero-energía (deben ser en 2019 según Directiva
Europea), algo que una buena planificación puede conseguir
sin problemas. “El problema es hacer inteligente a
ciudades que parten de la Edad Media (cascos
antiguos)”, para lo que se está haciendo un “gran
esfuerzo” en adaptarlas a estos nuevos retos.
Una oportunidad de negocio
-Las ciudades inteligentes son también una oportunidad de
riqueza.
- Los municipios españoles han comenzado a entender el
potencial de las Smartcities y se han aliado para ser más
eficientes en este terreno.
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Unión Europea:
Objetivos energéticos 2020
(Objetivos Directiva Europea)
- 20 % energía primaria renovable
- 20% reducción de emisiones de CO2
- 20% reducción del consumo
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La UE aprueba, en 2014, 3 nuevos objetivos en materia de
Clima y Energía para 2030:
1. Eficiencia energética, objetivo: mejorar al menos en un 27% en 2030 con
respecto a las previsiones de consumo energético en base de los criterios
actuales. Se revisará antes de 2020.
2. Reducción obligatoria de las emisiones de gases de efecto invernadero,
objetivo: vinculante reducir las emisiones en la UE por lo menos en un 40% para
2030 con respecto a los valores de 1990 sin créditos de compensación.
3. Fuentes de energía renovables, objetivo: aumentar en el mix energético la
cuota dentro del consumo total de energía de la UE sea como mínimo del 27% en
2030 .
Mercado europeo único de la energía
Ampliar el objetivo del 20% de CO2 para 2020 a un 40% en 2030 significa que se
van a duplicar los esfuerzos y el acuerdo alcanzado "es un objetivo alcanzable
para la competitividad europea" y permitirá a la UE una menor dependencia de
los combustibles fósiles.
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HORIZON 2020: Programa Marco
actual de la UE (2014-2020)
TOPIC’S:
-
Smart Cities and Communities:
-
Energy Efficiency
-
Competitive Low-carbon Energy
Con múltiples posibilidades de propuestas
de proyectos de I+D+i en estas áreas
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EFICIENCIA ENERGÉTICA:
* Adecuada administración del uso de la energía y,
en consecuencia, de su ahorro en los sectores:
industria, transporte y edificación
* En edificación: Obtener el mismo confort con
menor gasto de energía
o
+ bienestar con – consumo = eficiencia
energética.
(Usar la energía que realmente se necesita y no
desperdiciarla)
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El edificio como máquina energética
EFECTOS:
Intercambio de
energía a través de
la “piel” o sistema
termodinámico

*captar
*almacenar
*evacuar
la energía procedente del sol en
función de las condiciones
meteorológicas externas (o
evitar que incida)
 Fenómenos de transferencia
de calor:
* CONDUCCIÓN
* CONVECCIÓN
* RADIACIÓN
de
 Fenómenos de transferencia
masa:
* CALOR LATENTE (dif. de temp.)
* CONVECCIÓN (dif. de humedad)
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CALEFACCIÓN Y REFRIGERACIÓN
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Combinación
Energía Solar
Maquina
de
Absorción
Tecnología
de Absorción
Torre de
Refrigeración
Captador
Solar
Almacén de Agua
Caliente + 110 C
=
“Frío
Solar”
Unidad de refrigeración
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Almacén de Agua fría
+ 15 C
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EDIFICIOS EVALUADOS –
CIEMAT DESDE 1986:
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EDIFICIOS EVALUADOS POR EL CIEMAT
(desde 1986)
Nombre
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Tipo de edificio
Los Molinos → Escuela. CEMA
Alpera → Viviendas- bloque
Pedrajas de S. Esteban → Viviendas- bloque
S. Martín de Valdeiglesia. → Vivienda arquitectura popular
Aguilar de Campoó → Viviendas- bloque
Torquemada → Viviendas adosadas
Guillena → Escuela EGB
Almería → Escuela EGB
Pozoblanco → Viviendas adosadas
S. Pedro de Alcántara → Viviendas- bloque
Mendillorri → Viviendas- bloque
Cantimpalos → Viviendas adosadas
Almería → Edificio Universidad
Zaragoza → Viviendas- bloques
Madrid → Viviendas- bloques
Valladolid  Edificio ENVITE
5 Edificios ARFRISOL → Oficinas
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Resultados energéticos de
monitorizaciones llevadas a cabo por el
CIEMAT desde 1986
* Considerando los niveles de confort térmico:
Verano: 24 a 26 ºC
Invierno: 20 a 22ºC
Ahorros de energía en las diferentes
climatologías:
* Para calefacción = de 60 % hasta el 100 %
* En periodo de refrigeración = valores térmicos
dentro de niveles de confort.
Algunos Edificios con energía “cero” o
Autosuficientes energéticamente
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I+D: Algunos aspectos físicos que
necesitan investigación
Sistemas solares pasivos:
Calefacción y refrigeración natural
(muros Trombe para
climas cálidos, chimeneas solares, fachadas ventiladas, torres de
refrigeración, materiales de cambio de fase, intercambio de calor con el
terreno, “acondicionamiento de espacios abiertos”, planeamiento
urbanístico, etc.).
 Sistemas solares activos:
Térmicos: ACS, calefacción y refrigeración “frío solar”.
Fotovoltaicos: Producir electricidad.
Acoplamiento y Control de las instalaciones:
Solares, biomasa y convencionales
Planeamiento urbanístico
Espacios abiertos
Rehabilitación energética de edificios
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PROYECTOS DE I+D en EE:
- PSE-ARFRISOL
- DEPOLIGEN
- PRENDE
- SMARTZA
- OMEGA-CM
- SubE3Ren
- Greenmar
- etc.
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PLAN NACIONAL DE I+D – MICINN
PROYECTO SINGULAR ESTRATÉGICO
SOBRE
“ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA y
FRIO SOLAR”
(PSE-ARFRISOL)
Mayo 2005 - Octubre 2012
Presupuesto: 48 M€
(50% MICINN + 4CCAA)
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•5
grandes
españolas:
Empresas
Constructoras
PARTICIPANTES
•ACCIONA, DRAGADOS, SEIS, FCC y OHL
•5 Empresas Tecnológicas de energía solar
• ATERSA, CLIMATEWELL, 9REN (antigua GAMESA),
ISOFOTON y UNISOLAR
• Grupos de Investigación de:
• Universidades (Almería y Oviedo) y
• OPI - CIEMAT
ARFRISOL:
14 participantes
•Propietarios de los edificios:
•Universidad Almería
•CIEMAT:
•Madrid, PSA, CEDER
•Fundación Barredo (Asturias)
Avalado por la Plataforma Tecnológica Española de
Construcción, PTEC, dentro de la Línea Estratégica
“Construcción Sostenible”
Coordinador
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El objetivo del PSE-ARFRISOL
• Demostrar que es posible reducir entre el 60%
y el 90% el consumo de energía de un edificio
procedente de combustibles fósiles y que puede
llegarse a edificios de “consumo cero” o
AUTOSUFICIENTES – SP1 a SP8 y SP10
• Difundir la Arquitectura Bioclimática y su
carácter sostenible en la sociedad y en
todos los niveles educativos de la
enseñanza reglada, mediante la elaboración
de Unidades Didácticas – SP9
• Analizar las repercusiones que ello tiene en la
sociedad – SP11
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Los C-DdI del PSE-ARFRISOL
(edificios construidos o rehabilitados para la experimentación
y la demostración)
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Energía Solar Pasiva
y
Edificaciones Bioclimáticas
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ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA
Los factores en interacción
El ser
humano:
CONFORT
 Térmico
 Acústico
 Lumínico
El edificio:
ENERGÉTICAMENTE
EFICIENTE
El entorno y el clima:
CONDICIONANTES
(LA CIUDAD)
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www.arfrisol.educacion.es
www.arfrisol.es
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SP9 - DIFUSION
Dada la diferencia de actividades existen tres grupos de
trabajo:
1.- Profesional, esta formado por el personal técnico del
Consorcio.
 Guías de diseño para arquitectos, ingenieros, científicos, …
2.- Docente, esta formado por el personal de las Univ.
Oviedo y Almería, y esta incluido el personal docente de
la RSEF.
 Realización de Unidades Didácticas para Enseñanza Infantil,
Primaria, Secundaria y Bachillerato.
3.- Difusión, integrado por los profesionales de Difusión,
Marketing e Imagen de las diferentes empresas.
 Campaña de difusión:
 Página web del proyecto
 Artículos en revistas especializadas y generales
 Asistencia a congresos, ferias y workshops
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El Sub-proyecto 9b y las Unidades
Didácticas
Finalidad del Sub-proyecto 9: Difundir los resultados y,
especialmente: “Cambiar la Mentalidad”.
Grupo RSEF-ARFRISOL: profesores de la RSEF de
Infantil, Primaria, Secundaria y Universidad Desarrolla las Unidades Didácticas.
Unidades Didácticas elaboradas de y para los distintos
niveles educativos: EI, EP, ESO y Bachillerato.
Tres Estudios Pilotos para validar las Unidades Didácticas:
2007, 2009 y 2010.
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Las Unidades Didácticas
Características principales:
• Orientación: alfabetización científica que
contribuya a una educación para la
sostenibilidad.
• Diseño curricular de referencia.
• El aprendizaje como construcción de
significados.
• Programas Guía de Actividades (9 h).
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Las Unidades Didácticas
Alfabetización científica: visión de la ciencia y del
trabajo científico
 Se abordan problemas tecno-científicos relevantes:
La solución requiere de la intervención ciudadana.
 Importancia de educar críticamente a los jóvenes:
Dimensión ética a esta propuesta didáctica.
 Las UD no se limitan a un estudio físico de la
gestión de la energía en los edificios: Se enmarcan
en el problema global de la energía y las vías de
solución.
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Las Unidades Didácticas
Diseño curricular de referencia
• Todas las UD se basan en los correspondientes
Reales Decretos de Enseñanzas Mínimas.
• Selección de lo relevante en relación con
el problema y adquisición competencias.
• Integración global de las indicaciones establecidas.
• Énfasis especial en el aspecto experimental.
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El Sub-proyecto 9b y las Unidades Didácticas
Unidades
Didácticas
elaboradas para:
EI, EP, ESO y
Bachillerato.
Tres Estudios
Pilotos para
validarlas:
2007, 2009 y
2010.
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Las Unidades Didácticas
“Tengo un sol de casa”
Educación Infantil
(2º ciclo)
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Las Unidades Didácticas: Actividad UD 2º ciclo E.I.
Si da el sol de frente, en la “cara”
(fachada) de la casa, ¿qué podemos
hacer para que no moleste? Cerramos
los “ojos” (bajamos
persianas) de la casa y comprobamos
que ya no molesta.
Aprovechamos para introducir los
términos “fachada, ventana y
persianas” como “la cara, el ojo y los
párpados” de la casa.
¿Cómo le podríamos poner visera
a la “cara” (fachada) de la casa)?
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Las Unidades Didácticas
“Tengo un sol de casa”
Educación Infantil
(2º ciclo)
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Las Unidades
Didácticas
“El Sol vive en casa”
Educación Primaria
(Tercer ciclo)
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Las Unidades Didácticas: Actividad UD 3º ciclo E.P.
Sobre la ilustración se plantean preguntas tales como:
1. ¿CÓMO CALIENTA LOS
ALIMENTOS?
¿QUÉ TIPO DE ENERGÍA
UTILIZA?
2. ¿QUÉ HACE LA NIÑA SENTADA
EN EL SUELO? ¿CÓMO LO
CONSIGUE?
3. ¿QUÉ ENERGÍA UTILIZA EL
NIÑO PARA MOVERSE CON EL
TRICICLO?
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“Edificaciones
para un futuro
sostenible” 1º,
2º y 3º ESO
Las Unidades Didácticas
(CC.
Naturaleza Física y
Química)
“Diseña y
construye un
edificio
bioclimático”
3º ESO
(Tecnologías)
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Las Unidades Didácticas
“Edificaciones para un futuro sostenible” 1º, 2º y 3º ESO
(CC. Naturaleza - Física y Química)
“Diseña y
construye
un edificio
bioclimático
”
3º ESO
(Tecnologías)
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Las Unidades Didácticas: Actividad 1º- 3º ESO CN-FQ
Si un muro de una habitación
está orientado al Sur, ¿cuál es la
mejor opción para conseguir que
la temperatura en la habitación
sea mayor: no abrir hueco (muro
ciego), colocar una ventana
pequeña o colocar una ventana
grande?
Argumenta tu respuesta y,
después, diseña un
experimento para comprobarlo.
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Las Unidades Didácticas
“Diseña un edificio bioclimático” 3º ESO (Tecnologías)
Introducción: UNA SITUACIÓN INSOSTENIBLE
• Dependencia de los combustibles fósiles
• Aprovechamiento de recursos energéticos:
Generación
• Consecuencias: Derroche – Emisiones GEI
• ¿Qué podemos hacer?
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Las Unidades Didácticas
“Diseña un edificio bioclimático” 3º ESO (Tecnologías)
Metodología
de proyectos:
• Exposición o
PPT
• Diseño de una
vivienda
bioclimática
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Las Unidades Didácticas
“Diseña un edificio bioclimático” 3º ESO (Tecnologías)
Metodología de
proyectos:
Diseño de una
vivienda ubicada en
una urbanización y
que tenga las
características de
una vivienda
energética eficiente.
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Las Unidades Didácticas
“Diseña un edificio bioclimático” 3º ESO (Tecnologías)
Orientación, Dispositivos
reguladores de la radiación
solar, Muros, Huecos
acristalados, Ventilación,
Captadores solares térmicos,
Paneles fotovoltaicos, etc.
Planos, esquemas de
funcionamiento, instalación,
etc.
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Las Unidades Didácticas
“Ahorro de energía en los edificios. Una contribución al futuro
sostenible”
4º ESO (Física y Química)
…
Sol
Agua
Pérdidas
Aire (viento)
Pérdidas
Uranio
Combustibles
fósiles
Las personas lo transforman
en electricidad
Las personas lo transforman
en gas natural, butano…
Pérdidas
Figura
Balance de
en en
un edificio
Figura
2. 2.Balance
deenergía
energía
un edificio
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A8. Experiencia: calienta agua limpia y
agua tintada
Un grupo de estudiantes comprobó que la temperatura del agua había
aumentado 6 ºC y 11 ºC, ¿cuál crees que es la botella que más se ha
calentado?
Aumento de
temperatura
Aumento de
temperatura
6 ºC
11 ºC
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A9. Experiencia: calienta agua en botella y
dentro de otra
Un grupo de estudiantes comprobó que la temperatura del agua había
aumentado 10 ºC y 22 º C, ¿cuál crees que es la botella que más se
ha calentado?
Aumento de
temperatura
Aumento de
temperatura
10 ºC
22 ºC
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Las Unidades Didácticas
“Diseñando un edificio
bioclimático”
4º ESO
(Tecnologías)
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“Invitemos al
Sol a nuestra
casa”
Las Unidades Didácticas
4º ESO
(Tecnología)
Proyectos:
Muro TrombeMichel
y
Captador solar
térmico
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Las Unidades Didácticas
“Hacia una gestión sostenible de nuestras necesidades
energéticas: las edificaciones bioclimáticas”
1º Bachillerato (CMC)
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Las Unidades Didácticas: Actividad UD 1º BACH CMC
Contrasta la información que se presenta en las
siguientes fuentes y discute en tu grupo cómo se
puede valorar el uso que actualmente hacemos de
las fuentes de energía renovables.
http://www.greenpeace.org/raw/content/espana/rep
orts/revoluci-n-energetica-3.pdf.
• Mapa de la figura 15.
• Tabla de la figura 16, energías renovables UE
2007.
• Gráfico de la figura 4, balance de energía primaria
en España en 2008
Proporción de energías renovables Unión Europea 2008.
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Actividades experimentales: Equipo
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Actividades experimentales: Equipo
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Actividades experimentales
• Integradas en el desarrollo del Programa Guía
•
Secuenciadas según dificultad
•
Abarcan:
 Reconocer el problema
 Emitir hipótesis
 Diseñar experiencias: variables y su control
 Obtener datos brutos y procesarlos
 Extraer conclusiones
•
Se elaboran informes
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Actividades experimentales: ejemplo
Se mide la temperatura del interior de la casita
Se analiza en función:
• del material y del espesor del muro
• del tamaño de la ventana
• de la presencia o no de un voladizo
• de la presencia de un invernadero
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Estudios Piloto 2007, 2009 y 2010
Objetivo: Validación Unidades Didácticas
•
•
•
•
Profesores colaboradores
Grupos intactos: representatividad de la muestra
Fichas de seguimiento en página Web
Prueba de evaluación
 Contenidos conceptuales y de procedimiento
 Actitudes
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Estudios Piloto 2007, 2009 y 2010
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Estudios Piloto 2007, 2009 y 2010
Instrumentos de Evaluación
• Seguimiento directo por los investigadores.
• Reuniones por Comunidades con PCs y conjuntas.
• Ficha diaria completada por cada PC en página Web.
• Informe final elaborado por cada Profesor Colaborador.
• Cuestionarios para los alumnos:
 Conceptos y procedimientos: prueba de opción múltiple y
prueba abierta.
 Actitudes: escala Likert.
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Estudios Piloto 2007, 2009 y 2010
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Estudios Piloto 2007, 2009 y 2010
Web Estudio
Piloto 2009:
Fichas
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Estudios Piloto 2007, 2009 y 2010
100%
90%
80%
Interés
mostrado
por los
alumnos
(según los
profesores)
Escala: 0  5
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Infantil
Primaria 2º Ciclo Primaria 3º Ciclo Física y Química
1º - 3º ESO
2-3
Tecnologías 3º Física y Química
ESO
4º ESO
3-4
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4-5
Tecnologías 4º
ESO
Ciencias Mundo
Contemporáneo
1º Bachillerato
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Estudios Piloto 2007, 2009 y 2010
CAMBIO DE ACTITUDES
100%
90%
87%
Cambio de
actitudes
Porcentaje de respuestas
80%
70%
60%
58%
55%
50%
49%
40%
30%
20%
10%
0%
Procuro consumir menos energía
Andalucía
Ahora observo los edificios de otro
modo, fijándome en las características
estudiadas
Asturias
Soy más consciente de los problemas
energéticos
Castilla y León
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Madrid
Me gustaría seguir aprendiendo sobre
este tema
Total
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Smart Cities
Web ARFRISOL EDUCACIÓN
http://www.arfrisol.es/educacion/
Quienes somos
Material
Didáctico
Fórmate con
nosotros
Contacto
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Smart Cities
FINALIDAD DE LA WEB:
Facilitar la difusión de todos los materiales educativos elaborados por
el grupo de profesores de la RSEF, ofreciendo al usuario, de forma fácil
e integrada, el acceso a todos sus recursos.
OBJETIVOS:
1.- Apoyar la consecución del objetivo general del PSE-ARFRISOL:
Concienciar al usuario y a la sociedad en general de la posibilidad de
construir edificios de alta eficiencia energética, haciendo especial
énfasis en el ahorro económico, y conseguir en un futuro próximo un
“Cambio de Mentalidad” en la utilización de la energía en los edificios.
2.- Servir de herramienta de aprendizaje sobre los principales
conceptos de Arquitectura Bioclimática.
3.- Ser una herramienta complementaria a los materiales Educativos
diseñados por el grupo de Educación del la RSEF que forma parte del
Subproyecto 9B.
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Material educativo sobre
Smart Cities
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Web de actividades
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Ejemplo de
actividad
multimedia
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Web de contenidos
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PSE - Arfrisol: Libro - Resumen con
resultados
Mini-guías de los edificios y Libro resumen de resultados finales (2013) en:
www.arfrisol.es/ documentación científica/ enlaces de interés
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Otras Actividades:
1.- ¿Qué Pueden Hacer Los Ciudadanos?
Actuar con responsabilidad
2.- Ayudar a cambiar
la mentalidad de
nuestros conciudadanos
para lograr una
sociedad sostenible
Folleto disponible en:
www.arfrisol.es/ documentación científica/ enlaces de interés
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CONCLUSIÓN
Las ciudades (incluyendo la edificación) del futuro tienen
que necesitar menos energía, para lo cual hay que realizar:
•I , DT y Demostración = I+D+i+E
•Desarrollar e incentivar el mercado.
•Concienciar al usuario. Implicar al ciudadano
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GRACIAS POR LA ATENCIÓN
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