2015 07 15 Presentacion PFM Pilar Saiz

PROYECTO DE FIN DE MÁSTER IMPAC T O D E L DIS E ÑO Y C O NT R O L D E S O MBR EA MI EN TO DE U N EDI FI CI O S O B RE E L C O NSU MO EN R EF R I G ER A CI ÓN E I LU MI N A CI ÓN

MÁSTER EN INVESTIGACIÓN EN EFICIENCIA ENERGÉTICA Y SOSTENIBILIDAD EN INDUSTRIA , TRANSPORTE , EDIFICACIÓN Y URBANISMO

Alumna: SAIZ CORIA, Pilar Director: MARTIN ESCUDERO, Koldo

Julio 2015

- INTRODUCCIÓN - ANÁLISIS PREVIO - OBJETIVOS - ESTUDIO INTEGRADO - METODOLOGÍA - MODELOS DE ESTUDIO * MODELO 01 * MODELO 02 * MODELO 03 * MODELO 04 * MODELO 05 - COMPARACIÓN DE ESCENARIOS - RESULTADOS PARÁMETROS DE DISEÑO Y CUANTIFICACIÓN DE AHORROS - CONCLUSIONES

>

>

INTRODUCCIÓN

Informe Anual de Consumos Energéticos. Unidades Comerciales, 2012.

Fuente IDAE SECTOR

ENERGÍA ELÉCTRICA (GWh)

Industria

72.466

30,16 %

Transporte

4.455

1,85 %

Residencial

75.088

31,25 %

Servicios

80.212

33,39 %

Agricultura

4.004

1,67 %

- ÁMBITO DE POTENCIAL: sector servicios.

>> oficinas: 85%

- DISTRIBUCIÓN de CONSUMOS en OFICINAS: refrigeración 25% iluminación 20%

01/14

>

ANÁLISIS PREVIO

02.2

02.4

02.1

03.1

03.2

04.3

04.5

- ESTUDIO DE LA LOCALIZACIÓN mapas de Köppen-Geiger como Cfb (1976-2000) (2001-2025). fachada óptima: 175º.

- ESTUDIO TIPOLÓGICO ámbito de estudio: oficina celular.

- ESTUDIO DE LA NORMATIVA NB79 // CTE 2006 // CTE 2013

02/14

>

ANÁLISIS PREVIO

- SISTEMAS DE SOMBREAMIENTO POSICIÓN: interior / exterior

SISTEMA: fijo / activos

- SISTEMAS DE ILUMINACIÓN LUMINARIAS: incandescentes / de descarga / fluorescentes / LED

CONTROL: manual / automático

CONTROL: constante / variable

- SIMULACIÓN ENERGÉTICA DE EDIFICIOS Las simulaciones energéticas del estudio a través de: Design Builder >> motor de simulación Energyplus.

Cálculos de la iluminación natural >> motor de simulación Radiance.

03/14

OBJETIVOS

>

- OBJETIVO: REDUCIR los CONSUMOS en refrigeración e iluminación en los espacios de oficinas situados en Bilbao. >>manteniendo en confort térmico y visual de los usuarios.

- CONFORT TÉRMICO: calefacción / refrigeración / ventilación.

- CONFORT VISUAL: Iluminación natural / artificial. >> REQUISITOS MÍNIMOS ILUMINACIÓN NATURAL: parámetros definidos.

04/14

ESTUDIO INTEGRADO

>

- RETO: EQUILIBRIO entre CONSUMOS y CONFORT. - ILUMINACIÓN NATURAL: su uso excesivo puede repercutir en el consumo en refrigeración.

- SISTEMAS DE SOMBREAMIENTO: diseño de acuerdo a su funcionamiento térmico y visual.

05/14

>

METODOLOGÍA MODELO 01

definir el edificio referencia M01.E01

MODELO 02

MODELO SIMULACIÓN

M02.E01

proporción de ventana (WWR) M02.E02 M02.E03

M03.E01

forma de la ventana M03.E02 M03.E03

M03.E04

M04.E01

características del vidrio M04.E02 M04.E03

M04.E04

MODELO 03 MODELO 04

MODELO 05 M05.E01

sistemas de sombreamiento M05.E02 M05.E03

RESULTADOS

M02.E04

comparación con modelos anteriores

M05.E04

MEJORA SI

NO

aplicación del parámetro

descarte del parámetro

PARÁMETRO DE DISEÑO MODELO SIMULACIÓN

- Análisis de una oficina celular a través de modelos sucesivos implementando su funcionamiento.

- ÁMBITOS: iluminación, calefacción y refrigeración.

- Parámetros de estudio: FIJOS y VARIABLES. Relacionados con el espacio exterior y el interior >> determinan las características y funcionamiento del edificio.

- FIN: definir unos PARÁMETROS DE DISEÑO para la localización seleccionada (Bilbao).

06/14

5.90

5.49

cierres adiabáticos cierres interior superficie interior útil hueco de fachada muro de fachada

conducción convección ventanas

MODELOS DE ESTUDIO 3.40

0.31

transmisión cerramientos opacos exteriores

0.30

5.50 2.34

hi

0.40 2.75

_MODELO 01: ht

1.20

definir el edificio referencia

>

0.41 SE CONSIDERAN ADIABÁTICOS LOS CERRAMIENTOS INTERIORES

3.60

5.90

5.49 3.40

0.31

cierres adiabáticos cierres interior superficie interior útil hueco de fachada muro de fachada

5.50 2.34

hi

0.30 0.40 2.75

ht

1.20

0.41 SE CONSIDERAN ADIABÁTICOS LOS CERRAMIENTOS INTERIORES

3.60

Altura útil de trabajo (ht): 0,70m Fachada: Um=0,29 W/m2K Infiltraciones :0,3 renov/h Reflectancia promedio de las superficies interiores (Rb): 0,47 Funcionamiento por programación: Lunes- sábado 8:00- 18:00h Temperaturas de consigna: 22º- 24º Sistema de unidades de Fan coil y ventilación mecánica

29%

consumo anual 309,73 kWh

12%

186,69 kWh

17%

445,48 kWh

42%

124,94 kWh

100%

1.066,83kWh

Requisitos mínimos para tres de los parámetros representativos del confort visual interior: - Área del plano de trabajo con 500 lux > 25% de la superficie de la oficina - Factor de Luz Natural Media > 5% - Valor Ratio de Uniformidad > 0,3

TOTAL

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MODELOS DE ESTUDIO SUR SÍ

_MODELO 02:

proporción de ventana (WWR)

NORTE SÍ

ESTE SÍ

OESTE SÍ Modelo 02. E 01. Orientación 175º.

Iluminación continua.

Modelo 02. E01.

1400

20%

180

1200

160

1000

140

Consumo (kWh)

Consumo en iluminación (kWh)

200

>

30%

120 40%

100

50%

80

800 600 400

60%70% 80%

200

60

0

0

20

40

60

80

80%

100

70%

60%

50%

40%

30%

20%

WWR

Área de suelo dentro de límites lumínicos (%) Correlación demanda y disponibilidad de luz natural

Iluminación

Ventiladores del Sistema

Calefacción (Gas)

Refrigeración (Electricidad)

Consumo total

- Reducción del consumo en ILUMINACIÓN principal objetivo de este modelo.

- Simulación WWR 20-80%: Criterios Mínimos de Luz Natural + Ahorro Consumos >> se define un WWR para cada escenario.

CONSUMOS TOTALES WWR 80% ahorro consumo anual 0,00% 1.066,39 kWh

WWR 50% ahorro consumo anual 0,00% 750,29 kWh

WWR 60% ahorro consumo anual 0,00% 1.107,14 kWh

WWR 70% ahorro consumo anual 0,00% 1.210,38 kWh

24,40%

30,30%

23,64%

21,16%

809,50 kWh

522,98 kWh

845,37 kWh

954,26 kWh

08/14

MODELOS DE ESTUDIO

_MODELO 03:

>

forma de la ventana

E 01. SUR

E 02. NORTE

E 03. ESTE

E 04. OESTE

NO

SÍ

NO

NO

(kWh)

Diferencia en consumos anuales totales entre modelos 02-03 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 Orientación Sur

Orientación Norte

Orientación Este

Orientación Oeste

- Influencia de la forma del hueco en: el comportamiento térmico y la disponibilidad de luz natural interior.

- Los cambios propuestos sólo MEJORAN para el NORTE y de forma no significativa.

- Para el resto de escenarios se mantendrá la configuración de la ventana según el modelo 02.

09/14

características del vidrio

E 01. SUR

E 02. NORTE

E 03. ESTE

E 04. OESTE

SÍ

SÍ

SÍ

SÍ

MODELO 04. E03. WWR 60% / Consumos anuales.

MODELO 04. E04. WWR 70%/ Demandas y consumos anuales 800

700

700

700

700

600

600

600

600

500

500

500

500

400

400

400

0

0 Iluminación

Altitud Solar

Consumo total

0

Refrigeración (Electricidad)

0

Calefacción (Gas)

100

Ventiladores del Sistema

100

Iluminación Regulada

100

Refrigeración (Electricidad)

100

Calefacción (Gas)

200

Ventiladores del Sistema

200

Iluminación

200

Consumo total

200

Refrigeración (Electricidad)

300

Calefacción (Gas)

300

Ventiladores del Sistema

300

Iluminación Regulada

300

Refrigeración (Electricidad)

400

(kWh)

800

(kWh)

800

(kWh)

800

Calefacción (Gas)

MODELO 04. E02. WWR 50% / Consumos anuales.

Ventiladores del Sistema

Modelo 04. E01. WWR 80% / Consumos anuales.

(kWh)

_MODELO 04:

Consumo total

MODELOS DE ESTUDIO

>

- Reducción del consumo en CALEFACCIÓN principal objetivo de este modelo.

- Mejora: doble vidrio con cámara de aire con argón (6+13+6) y lámina bajo emisiva en el vidrio exterior: U= 1,493 W/m2K y g= 0,568. ahorro 59,92%

consumo anual 74,83 kWh

39,43%

646,17 kWh

TOTAL

ahorro 40,77%

consumo anual 126,22 kWh

44,92%

413,23 kWh

TOTAL

ahorro 48,30%

consumo anual 96,99 kWh

37,68%

689,93 kWh

TOTAL

ahorro 55,06%

consumo anual 98,10 kWh

36,55%

768,04 kWh

TOTAL

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MODELOS DE ESTUDIO

_MODELO 05:

>

sistemas de sombreamiento

E 01. SUR

E 02. NORTE

E 03. ESTE

E 04. OESTE

SÍ

NO

SÍ

SÍ

MODELO 02 y 05. E 02. Orientación 0º.

Sistemas de sombreamiento

Modelos 02 y 05. E 03.

Sistemas de sombreamiento.

Modelos 02 y 05. E 01. Orientación 175º.

Sistemas de sombreamiento

Modelos 02 y 05. Orientación 270º.

Sistemas de sombreamiento.

1000

1000

1000

800

800

800

600

600

1000

800

(kWh)

1200

(kWh)

1200

(kWh)

(kWh)

1200 1200

600

600

400

400

400

400

200

200

200

200

0

0

0 Modelo 02

Voladizo 0,5m

Iluminación

Voladizo 1,4m

Lamas Lamas Lamas Lamas horizontales horizontales horizontales horizontales 0,2m superiores 0,1m superiores 0,2m 0,1m

Calefacción (Gas)

Refrigeración (Electricidad)

Lamas verticales 0,2m Consumo total

Lamas verticales 0,1m

Modelo 02

Iluminación

Voladizo 0,5 m

Voladizo 1,0m

Lamas Lamas Lamas Lamas horizontales horizontales horizontales horizontales 0,2m superiores 0,1m superiores 0,2m 0,1m

Calefacción (Gas)

Refrigeración (Electricidad)

Lamas verticales 0,2m

Lamas verticales 0,1m

Consumos totales

Modelo 02

Voladizo 0,5m

Iluminación

Voladizo 0,9m

Lamas Lamas Lamas Lamas Lamas horizontales horizontales horizontales horizontales verticales 0,2m superiores 0,1m 0,1m 0,2m 0,2m superiores

Calefacción (Gas)

Refrigeración (Electricidad)

Lamas verticales 0,1m

Consumo total

0 Modelo 02

Voladizo 0,5m

Iluminación

Voladizo 1,4m

Lamas Lamas Lamas Lamas horizontales horizontales horizontales horizontales 0,2m superiores 0,1m superiores 0,2m 0,1m

Calefacción (Gas)

Refrigeración (Electricidad)

Lamas verticales 0,2m

Lamas verticales 0,1m

Consumo total

- Reducción del consumo en REFRIGERACIÓN principal objetivo de este modelo.

Lamas horizontales 0,1m Persiana 150W

Voladizo 0,5m Persiana 200W

Lamas horizontales superiores 0,1m Persiana 200W

Voladizo 1,4m Persiana 200W

ahorro consumo anual 61,53% 290,57 kWh

ahorro consumo anual 49,74% 242,68 kWh

ahorro consumo anual 52,42% 355,72 kWh

ahorro consumo anual 49,42% 401,20 kWh

62,96%

50,02%

64,62%

64,92%

287,30 kWh

239,68 kWh

264,53 kWh

278,24 kWh

11/14

>

COMPARACIÓN DE ESCENARIOS Modelos 01-05. Consumos anuales totales.

Modelo optimizado. Consumos anuales.

1400

600

1200

500

1000

400

(kWh)

(kWh)

800

300

600 200

400 100

200 0 Iluminación

0 Modelo 01

Modelo 02

Orientación Sur

Modelo 02Variable Orientación Norte

Modelo 03

Modelo 04

Orientación Este

Modelo 05Pasivo

Modelo 05Activo.

Orientación Oeste

Ventiladores del Sistema

Calefacción (Gas)

Refrigeración (Electricidad)

Consumo Total

Orientación Sur. Pasivo lamas hor. 0,1m

Orientación Norte. Sin sombreamiento

Orientación Este. Pasivo lamas hor. Sup. 0,1m

Orientación Oeste. Activo 200W/m2

- MODELOS: Evolución descendiente en el consumo anual para los cuatro escenarios. >> tendencias diferentes en cada uno de ellos.

- MENOR CONSUMO: Escenario 02 (norte)en todos los modelos.

- REDUCCIÓN DE DIFERENCIAS: en los modelos iniciales las diferencias del consumo total entre el escenario 02 y el resto son destacables

>> tras la aplicación de las medidas de mejora la diferencia se reduce considerablemente.

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>

RESULTADOS PARÁMETROS DE DISEÑO Y CUANTIFICACIÓN DE AHORROS ESCENARIO 01.SUR

ahorro

consumo anual

ESCENARIO 02. NORTE

ESCENARIO 03. ESTE.

ESCENARIO 04. OESTE.

ahorro

consumo anual

ahorro

consumo anual

ahorro

consumo anual

75,97%

74,44 kWh

72,44%

85,36 kWh

72,48%

85,25 kWh

68,47%

97,67 kWh

43,79%

104,94 kWh

40,77%

126,22 kWh

40,62%

107,32 kWh

37,46%

136,54 kWh

51,48%

216,13 kWh

9,12%

154,31kWh

40,05%

270,47 kWh

62,65%

180,58 kWh

64,87%

108,82 kWh

70,22%

99,22 kWh

39,01%

113,87 kWh

36,00%

120,05 kWh

59,94%

178,48 kWh

60,65%

172,31 kWh

> SUR lamas horizontales 0,10m / 80% WWR - 42,90% sup. LN persiana orientable 150W/m2 / 80% WWR - 60,20% sup. LN

> NORTE ningún tipo de sombreamiento

/ 50% WWR

- 22,20% sup. LN

> ESTE lamas horizontales superiores 0,10m / 60% WWR persiana orientable 200W/m2 / 60% WWR

> OESTE persiana orientable 200W/m2 / 70% WWR

- 41,30% sup. LN - 62,20% sup. LN - 39,80% sup. LN

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CONCLUSIONES

>

- Mejora de la calidad de vida de los usuarios, y, por otro lado, la sostenibilidad y el ahorro energético > luz natural para su uso como iluminación interior.

- Posibilidad de ser aplicadas a las edificaciones existentes.

- Se pueden reducir las diferencias de consumo entre las diferentes orientaciones. > consumos anuales: 22,28-30,53kWh/m2.

- Estrategia de diseño de la envolvente diferente en función de la orientación para optimizar el funcionamiento > sistema de sombreamiento óptimo diferente.

- Reducir los consumos equilibrar los consumos para todas las orientaciones disminuir los consumos pico de los sistemas de iluminación, calefacción y refrigeración. Sin que la reducción del consumo en refrigeración e iluminación produzca un aumento del consumo en calefacción.

- Diseño más detallado de acuerdo a las condiciones específicas y limitaciones de cada caso >> optimizar el funcionamiento del espacio interior.

- Incorporación de una posición de sombreamiento intermedia en los sistemas de sombreamiento activos >>mejorar la uniformidad de la iluminación natural

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