Climate Analysis und Passive Strategies for a Family House in Cordoba by Juan Carlos Giraldo

JUAN CARLOS GIRALDO

VIVIENDA UNIFAMILIAR AISLADA. c/Coronel Villar n08 CORDOBA INFORME CLIMATICO Y ESTRATEGIAS PASIVAS

00. INTRODUCCIÓN Este documento tiene como objeto servir a título orientativo en las fases iniciales de diseño de proyecto, proporcionar los datos y criterios para ayudar a la toma de decisiones con el fin de desarrollar un diseño bioclimático limitando la demanda energética del edificio. Las primeras etapas de diseño conceptual son muy importantes debido a que la toma de decisiones en los procesos iniciales de diseño tiene menor coste y sin embargo la repercusión en la eficiencia energética del edificio es muy grande. El cambio de las posiciones tomadas en la fase previa o establecer nuevos criterios en un proceso más avanzado, donde existe un grado de definición mayor, supone un mayor coste con respecto a la primera fase, y sin embargo, el efecto que pueda conseguirse baja drásticamente. En el proceso constructivo la adopción de nuevas medidas tiene un coste muy elevado y los resultados serán prácticamente o totalmente ineficientes. Es por eso que es importante que en la fase inicial de proyecto se haga un análisis con varias alternativas y no en fases posteriores.

01. UBICACIÓN GEOGRÁFICA La ubicación del solar objeto del siguiente estudio se encuentra situado en una zona residencial, alejado del centro histórico a las faldas de Sierra Morena, concretamente en la calle Coronel Villar n08 de la ciudad de Córdoba. Córdoba se encuentra ubicada en una depresión a orillas del río Guadalquivir y al pie de Sierra Morena. Latitud: 37,9º Longitud: -4,8º Altitud: 210º

02. FUENTES DEL ARCHIVO DE CLIMA Para realizar el análisis meteorológico se han empleado los datos recogidos por fuentes fiables de estaciones meteorológicas de los últimos 5 años. Concretamente la estación meteorológica Red de Información Agroclimáticas (IFAPA) pendiente de la Conserjería de Agricultura, Pesca y Desarrollo Rural, por ser la estación que recoge un mayor número de variables climatológicas. Se ha realizado con el promedio de los datos diarios de estos 5 años.

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03. UBICACIÓN Y ORIENTACION DEL SOLAR El solar se encuentra orientado en el eje sureste – noroeste. Debido a la forma prácticamente rectangular del solar, orientación de sus lados se encuentran bastante repartida aunque con una predominancia de las orientaciones Suroeste y Noreste.

Fachada NorOeste Fachada NorEste Fachada SurEste Fachada SurOeste

Orientación - 42º 46º 136º -134º

Porcentaje 20,30% 29,18% 20,49% 30,03%

04. ANALISIS CLIMATICO Haciendo un análisis general con los datos de un día medio mensual podemos deducir: La amplitud térmica en los meses de verano, sobre todo en julio, es mayor que en los meses de invierno. Si nos fijamos, la curva de temperaturas en verano se sitúa muy arriba, por tanto, en verano las temperaturas serán muy altas durante el día y altas, aunque más bajas, por la noche, dificultando la ventilación nocturna como una estrategia a tener en cuenta. En invierno se deben llevar a cabo estrategias que vayan encaminadas a mantener la temperatura en el interior, mientras que en verano habrá que seguir una serie de estrategias para evitar que el calor penetre en el interior y mantener los espacios en una temperatura de confort.

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La franja de color verde nos indica las temperaturas que debe haber en el exterior para ser confortables. El edificio debe crear las condiciones necesarias para situarse dentro de esta franja de confort, en caso contrario, podríamos estar mejor en el exterior. Durante los meses fríos podemos observar que en el exterior no nos encontraremos en zona de confort aunque estaremos próximos por el día, mientras que en los meses de verano es por la noche y en las primeras horas del día cuando se dan las condiciones para estar en la zona de confort, sin embargo, en verano nos encontramos con muchas noches tropicales, término de meteorología con el que se conocen a las veladas donde el termómetro no baja de los 20º C y en las que es muy difícil conciliar el sueño. °C

DRY BULB TEMPERATURE - CORDOBA_Diario2010-20, -

1st January to 31st December

°C

-10

-10 14th

Jan

28th Feb

14th

28th Mar

14th

28th Apr

14th

28th May

14th

28th Jun

14th

28th Jul

14th

28th Aug

14th

28th Sep

14th

28th Oct

14th

28th Nov

14th

28th Dec

14th

28th

En este gráfico de abajo podemos ver cómo es en los meses de primavera donde nos encontramos mayor porcentaje del tiempo de confort. En los meses de verano se observa que las temperaturas por encima de los 26 ºC alcanzan incluso altas horas de la noche y madrugada.

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Aunque en el gráfico anterior hay un mayor porcentaje de horas por debajo de la temperatura de confort, hay que tener en cuenta que hay un rango de temperaturas que podría salvarse con un cambio de vestimenta. Por tanto, teniendo en cuenta la vestimenta de invierno, podemos cambiar los criterios y vemos cómo el porcentaje de horas de disconfort en el exterior varía incluso por debajo del porcentaje de horas por encima de la zona de confort, por lo que, en esta zona de estudio, habrá que orientar las estrategias bioclimáticas para protegernos del calor no del frío.

Solsticio de Invierno 21 Diciembre Hora 9:00 12:00 15:00

Azimut 124,1º 160,3º -154,2º

Altitud 4,0º 26,0º 24,0º

LEGEND Comfort: Thermal Neutrality Temperature Rel.Humidity Wind Speed

Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover

°C

DAILY CONDITIONS - 21st December (355)

W/ m²

1.0k

0.8k

0.6k

0.4k

0.2k

-10

0.0k

En el solsticio de invierno podemos ver cómo las temperaturas se mantienen prácticamente constantes entre los 8 y 16 ºC aproximadamente. A pesar de las bajas temperaturas la radiación alcanza niveles altos cercanos a los de verano y la máxima se produce entorno a las 13:00 horas.

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Solsticio de Verano 21 Junio Hora 9:00 12:00 15:00

Azimut 84,7º 124,2º -117,2º

°C

Altitud 33,2º 67,5º 64,4º

DAILY CONDITIONS - 21st June (172)

W/ m²

1.0k

0.8k

0.6k

0.4k

0.2k

LEGEND Temperature Rel.Humidity Wind Speed

Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover

-10

0.0k

En el solsticio de verano podemos ver cómo hay un mayor salto térmico entre las temperaturas diurnas y nocturnas, llegando a alcanzar 35ºC aproximadamente. Hay una alta radiación directa y poca difusa lo que facilitará la protección solar mediante unos elementos bien definidos. Por otro lado, podemos ver cómo a medida que aumenta la temperatura disminuye la humedad relativa y esta se presenta con porcentajes bajos, característicos de un clima cálido seco, por lo que podría contemplarse la posibilidad de llevar a cabo medidas de humectación del ambiente para mejorar las condiciones de confort.

Equinoccios de Marzo y Septiembre °C

Hora 9:00 12:00 15:00

Azimut 105,1º 147,7º -145,0º

Altitud 18,1º 47,0º 46,2º

DAILY CONDITIONS - 21st March (80)

W/ m²

1.0k

0.8k

0.6k

0.4k

0.2k

LEGEND Temperature Rel.Humidity Wind Speed

Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover

-10

0.0k

Día más cálido pico: 10 Agosto Coincide con el día más cálido medio. Hora 9:00 12:00 15:00

Azimut 91,6º 134,1º -129,9º

Altitud 28,3º 61,1º 59,5º

°C

DAILY CONDITIONS - 10th August (222)

W/ m²

1.0k

0.8k

0.6k

0.4k

0.2k

LEGEND Temperature Rel.Humidity Wind Speed

Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover

-10

0.0k

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El día más cálido pico se produce el 10 de Agosto, superando los 40ºC de temperatura, por lo que será imprescindible tomar en consideración este día para el diseño de las protecciones solares.

Día más frío pico: 30 Enero Hora 9:00 12:00 15:00

Azimut 117,7º 154,5º -155,7º

Altitud 5,1º 30,0º 30,4º

°C

DAILY CONDITIONS - 30th January (30)

W/ m²

1.0k

0.8k

0.6k

0.4k

0.2k

LEGEND Temperature Rel.Humidity Wind Speed

Direct Solar Diffuse Solar Cloud Cover

-10

0.0k

El día más frío pico se produce el 30 de Enero, por lo que será imprescindible tomar en consideración este día para el diseño de los elementos de captación solar pasivos.

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05. ANALISIS DE VIENTO 05.1. VERANO Frecuencia de vientos: La dirección de los vientos predominantes en verano se sitúa a 225º aproximadamente.

Prevailing Winds

N OR T H

W ind Fre que ncy (H rs)

345°

Location: CORDOBA_Diario2010-20, - (37.9°, -4.8°) Date: 1st June - 31st August Time: 00:00 - 24:00

50 km/ h

hrs

15°

154+ 330°

30°

138

123

40 km/ h 315°

107

45°

92 77

30 km/ h

61 300°

60°

46 30

20 km/ h

<15 285°

75°

10 km/ h

W EST

EAST

255°

105°

240°

120°

225°

135°

210°

150°

195°

165° SOU T H

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05.2. INVIERNO Frecuencias de viento. La dirección de los vientos predominantes en invierno se sitúa a -90º aproximadamente.

Prevailing Winds

N OR T H

50 km/ h

345°

W ind Fre que ncy (H rs)

hrs

15°

130+

Location: CORDOBA_Diario2010-20, - (37.9°, -4.8°) Date: 1st December - 28th February Time: 00:00 - 24:00

330°

30°

116

0.0% 40 km/ h

104

0.0%

315°

45°

0.0%

0.0% 30 km/ h

0.1%

300°

0.0%

0.1%

60°

0.0% 0.1%

0.0%

0.2%

0.1% 0.0%

285°

0.3%

0.0% 0.3%

0.0%

W EST

0.4%

0.2% 20 km/ h 0.2% 0.5% 1.4%

0.0%

<13

0.2%

0.8%

75°

1.1% 0.0% 10 km/ h 2.3% 0.4% 1.6% 1.2% 1.9% 0.3% 0.7% 4.2% 2.3% 0.9% 1.1% 1.3% 4.5% 0.9%

0.0% 0.1% 0.5% 1.2% 2.6%

5.7% 3.3% 1.0% 0.2% 0.2%

EAST

3.0% 4.3% 1.4% 3.6% 6.1% 3.2% 0.9% 1.0% 3.3% 3.9% 5.4% 0.0% 0.2% 2.0% 3.7% 0.2% 0.0%

1.6%

1.0%

255°

0.3%

0.4%

0.0%

0.9%

0.0%

3.1%

0.9%

0.3%

0.0%

105°

0.1%

0.2%

0.1%

0.2%

0.1%

0.1% 240°

2.6%

0.0% 0.2%

0.2%

120°

0.0% 0.0% 225°

135°

210°

[Duration shown as percentages]

150°

195°

165° SOU T H

Por tanto, del análisis de los vientos se deduce que, para llevar a cabo estrategias de ventilación natural se recomienda protegerse de los vientos del sureste en invierno, y favorecer el flujo de aire y crear corrientes en verano en la dirección del eje suroeste – noreste provenientes de la zona del parque fluvial del Guadalquivir.

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06. RADIACION A continuación se estudia la radiación sobre los diferentes planos de fachada que componen el solar a fin de establecer un criterio de diseño o ayuda para proyectar. En los gráficos que se muestran, las barras azules representan los meses más fríos del año, y las rojas, los meses más cálidos.

06.1 Fachada Noroeste: -42º Para esta orientación, en los meses de invierno tenemos una radiación solar más baja que en los de primavera, principios de verano, alcanzando su pico en principios de Junio, donde la radiación es más alta. La Captación total Anual es de 544,37 kWh/m2 En los meses fríos es de 57, 06 kWh/m2 En los meses cálidos es de 215,39 kWh/m2

k W h / m²

CORDOBA_Diario2010-20, - (37.9°, -4.8°)

ANNUAL INCIDENT SOLAR RADIAT ION AT -42.0° Total Annual Collection: 544.37 kWh/ m² Underheated Period: 57.06 kWh/ m² Overheated Period: 215.39 kWh/ m²

5 5 0 0 .0

5 0 0 0 .0

4 5 0 0 .0

4 0 0 0 .0

3 5 0 0 .0

3 0 0 0 .0

2 5 0 0 .0

2 0 0 0 .0

1 5 0 0 .0

1 0 0 0 .0

5 0 0 .0

0 .0 Ja n

Fe b

M ar

Apr

M ay

Ju n

Ju l

Aug

Sep

Oc t

N ov

D ec

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06.2. Fachada Sureste: 136º Para esta orientación, en los meses de invierno tenemos una radiación solar menor que en los de verano, donde la radiación es más alta, aunque la curva es bastante horizontal por lo que la diferencia de radiación captada en invierno no difiere mucho de la de verano manteniéndose bastante constante sobre todo en los meses de primavera y verano. La Captación total Anual es de 923,01 kWh/m2 En los meses fríos es de 179, 97 kWh/m2 En los meses cálidos es de 262,13 kWh/m2 k W h / m²

CORDOBA_Diario2010-20, - (37.9°, -4.8°)

ANNU AL IN CIDENT SOLAR R ADIAT ION AT 136.0° Total Annual Collection: 923.01 kWh/ m² Underheated Period: 179.97 kWh/ m² Overheated Period: 262.13 kWh/ m²

5 5 0 0 .0

5 0 0 0 .0

4 5 0 0 .0

4 0 0 0 .0

3 5 0 0 .0

3 0 0 0 .0

2 5 0 0 .0

2 0 0 0 .0

1 5 0 0 .0

1 0 0 0 .0

5 0 0 .0

0 .0 Ja n

Fe b

M ar

Apr

M ay

Ju n

Ju l

Aug

Sep

Oc t

N ov

D ec

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06.3. Fachada Noreste: 46º Para esta orientación, en los meses de invierno tenemos una radiación solar más baja que en los de verano, donde la radiación es más alta, la diferencia es un poco menor que en la fachada situada a noroeste por lo que ambas fachadas tendrán un comportamiento similar. La Captación total Anual es de 519,85 kWh/m2 En los meses fríos es de 57,4 kWh/m2 En los meses cálidos es de 200,88 kWh/m2 k W h / m²

CORDOBA_Diario2010-20, - (37.9°, -4.8°)

AN NU AL INCID EN T SOLAR RADIAT ION AT 46.0° Total Annual Collection: 519.85 kWh/ m² Underheated Period: 57.43 kWh/ m² Overheated Period: 200.88 kWh/ m²

5 5 0 0 .0

5 0 0 0 .0

4 5 0 0 .0

4 0 0 0 .0

3 5 0 0 .0

3 0 0 0 .0

2 5 0 0 .0

2 0 0 0 .0

1 5 0 0 .0

1 0 0 0 .0

5 0 0 .0

0 .0 Ja n

Fe b

M ar

Apr

M ay

Ju n

Ju l

Aug

Sep

Oc t

N ov

D ec

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06.4. Fachada Suroeste:-134º Para esta orientación, en los meses de invierno tenemos una radiación solar más baja que en los de verano, donde la radiación es más alta, y la curva a diferencia con la de la fachada sureste es ascedente. La radiación total captada por las fachadas situadas en esta orientación es ligeramente superior a las fachadas situadas a sureste, con la diferencia de que se produce mayor captación durante el período cálido y de invierno. La Captación total Anual es de 1000,60 kWh/m2 En los meses fríos es de 200, 85 kWh/m2 En los meses cálidos es de 284,00 kWh/m2

k W h / m²

Cabra_Promedio_2010-2, - (37.5°, -4.4°)

ANNUAL INCIDENT SOLAR RADIAT ION AT -101.0° Total Annual Collection: 981.97 kWh/ m² Underheated Period: 158.86 kWh/ m² Overheated Period: 332.74 kWh/ m²

5 5 0 0 .0

5 0 0 0 .0

4 5 0 0 .0

4 0 0 0 .0

3 5 0 0 .0

3 0 0 0 .0

2 5 0 0 .0

2 0 0 0 .0

1 5 0 0 .0

1 0 0 0 .0

5 0 0 .0

0 .0 Ja n

Fe b

M ar

Apr

M ay

Ju n

Ju l

Aug

Sep

Oc t

N ov

D ec

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06.5. Comparativa Si comparamos los distintos planos de fachada según orientación tenemos lo siguiente:

Elemento Orientacion Total Invierno Verano

Fachada tipo 1

Fachada tipo 2

Fachada tipo 3

-42º

136º

46º

Fachada tipo 4 -134º

544.37 kWh/m2 100.00 % 923.01 kWh/m2

100.00 %

519.85 kWh/m2

100.00 %

1000.60 kWh/m2

100.00 %

57.06 kWh/m2

10.48 %

179.97 kWh/m2

19.50 %

57.40 kWh/m2

11.04 %

200.85 kWh/m2

20.07 %

215.39 kWh/m2

39.57 %

262.13 kWh/m2

28.40 %

200.88 kWh/m2

38.64 %

284.00 kWh/m2

28.38 %

La mejor orientación resulta ser la fachada tipo 4 suroeste, aunque la diferencia con la fachada tipo 2 sureste es prácticamente nula, por lo que ambas fachadas pueden considerarse que se comportan prácticamente igual. Las fachada tipo 1 y 3 correspondientes a noreste y noroeste, prácticamente, tienen también porcentajes similares, aunque la noroeste termina siendo más desfavorable en verano e invierno. Por tanto se considera que las fachadas que dan a sur, 2 y 4, son las más favorables, se comportan prácticamente igual y serán las más óptimas para abrir grandes huecos y orientar la vivienda en esta orientación.

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06.6. Mejor orientación Para el proyecto, objeto de estudio, la mejor orientación resultante es aquella que se posiciona 187.5º Norte. También serán buenas opciones aquellas que oscilan entre los 150 º N y – 150º siendo de más óptimas aquellas que se acerquen más a la orientación 187.5 º Todas las fachadas quedan fuera de la zona de orientaciones óptimas, aunque las fachadas suroeste y sureste se aproximan bastante a dicha zona. En la medida de la posible será necesario proyectar para favorecer la creación de un mayor número de fachadas con la orientación 187.5º.

Optimum Orientation

Location: Cabra_Promedio_2010-2, Orientation based on average daily incident radiation on a vertical surface. Underheated Stress: 464.5 Overheated Stress: 427.3 Compromise: 177.5°

345°

15° kWh/ m²

330°

Best 30°

3.60

Worst

3.20

315°

45° 2.80 2.40

300°

60°

2.00 1.60 1.20

285°

75° 0.80 0.40 87.5°

270°

90°

255°

105°

240°

120°

225°

Avg. Daily Radiation at 177.0° Entire Year: 1.94 kWh/ m² Underheated: 2.59 kWh/ m² Overheated: 1.20 kWh/ m²

135°

210°

150° 195°

Compromise: 177.5° 180°

165°

Annual Average Underheated Period Overheated Period

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06.7. Protecciones solares 06.6.1. Fachada Sureste: 136 º N Se estudia la protección solar en las ventanas situadas en las fachadas tipo 2 sureste mediante la colocación de aleros. total horas exposición

Sin Protección situacion

Inv ierno Horas

>25º

1328

<18º

2017

>18º

solar

1765

Protección 70º

Verano

Horas

Inv ierno Horas

Protección 60º

Verano

Horas

216

10.7

791

39.2

4.02

524

protegidas

348

17.3

662

32.8

483

23.9

929

46.1

530

Horas

357

17.7

26.3 1096

54.3

564

1.69

Verano

Horas

8.73

28 1277

63.3 33.1

467

35.2

559

42.1

368

27.7

531

268

20.2

506

38.1

134

10.1

439

17.8

4.97

335

25.2

7.08

435

32.8

119

8.96

569

42.8

186

expuestas

1114

63.1

474

26.9 1080

61.2

472

26.7 1009

57.2

438

24.8

933

52.9

542

30.7

protegidas

131

7.42

165

9.35

236

13.4

4.65

312

17.7

100

5.67

2.61

2.72

Exposición Solar Invierno

>20º

>27º

<20º 1114

1200

791

>20º

<20º

1080

1009

933

1000 559 474

176

236

524 531

542

506

472

439

438 357

400 300

176

200

Horas de exposición

500

Inv ierno

expuestas

700 600

Protección 50º

Verano

protegidas

>27º

800

Horas

expuestas

Exposición Solar Verano 900

Inv ierno

800 600

467 368

400 200

100

268

216 81

134 34

0 Sin Protección

Protección 70º

Protección 60º

Protección 50º

Sin Protección

Protección 70º

Protección 60º

Protección 50º

A modo orientativo y para un primer proceso de diseño, a la espera de hacer un cálculo más exhaustivo de sombras y radiación solar incidente, se recomienda que, en el caso de colocación de protección solar mediante aleros horizontales en ventanas para esta orientación, éstos se dimensionen con ángulos que varíen entre los 50 y 55 º. Por tanto, deberán hacerse aleros de grandes dimensiones para la protección solar a sureste. Se descarta la recomendación de colocación de aleros laterales ya que para esta orientación resultan ineficientes.

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06.6.2. Fachada Suroeste: -134 º N Se estudia la protección solar en las ventanas situadas en las fachadas tipo 4 suroeste mediante la colocación de aleros. Sin Protección

total horas situacion

exposición

Inv ierno Horas

>25º

solar expuestas

>18º

2017

<18º

1328 1765

502

Protección 70º

Verano

Horas

24.9 1141

Inv ierno Horas 382

56.6

Protección 60º

Verano

Horas

18.9

899

Inv ierno

% 44.6

196

Verano

Horas 523

9.72

% 25.9

3.07

312

15.5

182

9.02

554

27.5

261

12.9

715

35.4

368

18.2

921

45.7

35.3

295

22.2

394

29.7

263

19.8

343

25.8

242

18.2

280

21.1

214

16.1

protegidas

234

17.6

330

24.8

309

23.3

362

27.3

360

27.1

383

28.8

423

31.9

411

30.9

expuestas

828

46.9

392

22.2

759

370

689

342

19.4

597

33.8

292

16.5

protegidas

417

23.6

128

7.25

486

27.5

150

8.5

556

31.5

178

10.1

648

36.7

228

12.9

Exposición Solar Invierno

>20º

>27º

<20º

738

800

523

600 392

370

342

263

242

214

292

200

>20º

<20º

828 759

800

899

Horas de exposición

36.6

Horas

900

295

738

469

>27º

400

Horas

expuestas

1141

1000

303

Inv ierno

protegidas

Exposición Solar Verano 1200

Horas

Protección 50º

Verano

689

700 600

597 502

469

500

382 394

400

303

343

280

300

196

200 100 0

0 Sin Protección

Protección 70º

Protección 60º

Sin Protección

Protección 50º

Protección 70º

Protección 60º

Protección 50º

Tras el estudio de las protecciones solares horizontales para las fachadas con orientación suroeste a -134ºN vemos cómo resultan completamente ineficientes por lo que habrá que estudiar otro tipo de protección como la disposición de lamas o aleros verticales, o la combinación de protecciones horizontales con ángulos de 70º y aleros verticales. Por tanto, se lleva a cabo el estudio correspondiente para optimizar el ángulo de las protecciones laterales verticales. total horas exposición

Protec.Horizontal 70º situacion

Horas

>25º >18º

1328

<18º

solar 2017

1765

Inv ierno %

Verano Horas

ProtecVertical 60º Inv ierno Horas

ProtecVertical 45º

Verano Horas

Inv ierno Horas

Verano Horas

ProtecVertical 30º Inv ierno Horas

Verano Horas

expuestas

382

18.9

885

43.9

297

14.7

768

38.1

190

9.42

579

28.7

107

417

20.7

protegidas

182

9.02

568

28.2

267

13.2

685

374

18.5

874

43.3

457

22.7 1036

51.4

expuestas

384

28.9

249

18.8

372

248

18.7

314

23.6

248

18.7

255

19.2

247

18.6

protegidas

319

376

28.3

331

24.9

377

28.4

389

29.3

377

28.4

448

33.7

378

28.5

5.3

expuestas

678

38.4

319

18.1

678

38.4

319

18.1

676

38.3

319

18.1

666

37.7

319

18.1

protegidas

567

32.1

201

11.4

567

32.1

201

11.4

569

32.2

201

11.4

579

32.8

201

11.4

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Exposición Solar Invierno

Exposición Solar Verano >27º

>20º

>27º

<20º

>20º

<20º

800

885

579

600

417 400 249

319

678

700

768

800

248

319

248

319

319 247

200

Horas de exposición

1000

678

676

666

600 500 400

382 384

372 314

297

300

255 190

200

107

100 0

0 ProtecHor70º

ProtecVert 60º

ProtecVert 45º

ProtecVert 30º

ProtecHor70º

ProtecVert 60º

ProtecVert 45º

ProtecVert 30º

Tras el estudio de diferentes opciones de aleros verticales, podemos ver que las protecciones que mejor funcionan para proteger ventanas en esta orientación son aquellos que cumplen con ángulos entorno a los 30 º según el esquema gráfico. El problema de protecciones con estos ángulos son sus grandes dimensiones por lo que puede ser una estrategia para la protección el quiebro de la volumetría para actuar como alero que proteja de la radiación solar.

Fig 01. Meses de invierno

Fig 02. Meses de verano

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06.8. Recomendaciones En base a los datos analizados hasta ahora se hacen las siguientes recomendaciones en cuanto a las estrategias de encaje del proyecto. 1. Envolvente Debido a la ubicación geográfica del solar, y habiendo hecho el conveniente análisis climático se deduce que en invierno se deben llevar a cabo estrategias que vayan encaminadas a mantener la temperatura en el interior, mientras que en verano habrá que seguir una serie de estrategias para evitar que el calor penetre en el interior y mantener los espacios en una temperatura de confort, pero sobre todo, habrá que encaminar las estrategias bioclimáticas para protegernos del calor no del frío, por ser más desfavorable los meses de verano que los de invierno. 2. Clima Debido a que en verano se alcanzan cotas de Humedad Relativa muy bajas, características de un clima cálido seco, se recomienda contemplar la posibilidad de llevar a cabo medidas de humectación del ambiente para mejorar las condiciones de confort, mediante elementos como fuentes, piscinas, estanques, etc. que aumenten la humedad relativa del ambiente disminuyendo la temperatura y aumentando la sensación de confort. 3. Vientos Del análisis de los vientos dominantes en invierno y verano se deduce que los vientos predominantes son suroeste en verano y sur – sureste en invierno, por lo que se recomienda: protegerse de los vientos el sur-sureste en invierno, en verano para obtener una correcta ventilación natural abrir huecos que favorezcan el flujo de aire y creen corrientes en la dirección del eje suroeste – noreste. 4. Orientación Del análisis de radiación se deduce que la orientación más favorable es 187.5º norte, y por tanto En la medida de la posible será necesario proyectar para favorecer la creación de un mayor número de fachadas con la orientación 187.5º. Todas las fachadas del solar quedan fuera de la zona de orientaciones óptimas, sino se pudiera realizar cerramientos con orientaciones de 187.5º, las fachadas paralelas a las orientaciones sur, del tipo 2 sureste y 4 suroeste, son las más favorables y se comportan prácticamente igual y serán las más óptimas para abrir grandes huecos y orientar la vivienda en esta orientación y evitar abrir huecos en las orientaciones noreste y noroeste. 5. Protecciones solares Se recomienda llevar a cabo las siguientes protecciones solares en un primer proceso de diseño a nivel de anteproyecto en huecos según su orientación y a la espera de hacer un cálculo más exhaustivo de sombras y radiación solar incidente: Para las fachadas con orientación sureste a 136º N, se recomienda colocación de protección solar mediante aleros horizontales en ventanas con ángulos que varíen entre los 50 y 55 º. Por tanto, deberán hacerse aleros de grandes dimensiones para la protección solar a sureste, y se descartan los aleros verticales por resultar ineficientes. Para las fachadas con orientación suroeste a -134ºN vemos cómo las protecciones solares horizontales únicamente resultan completamente ineficientes por lo que será necesario la disposición de lamas o aleros verticales, o la combinación de protecciones horizontales con ángulos de 70º y aleros verticales con ángulos entorno a los 30º. Dado las dimensiones que pueden llegar a

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alcanzar aleros verticales para ángulos de 30º se recomienda quebrar la edificación a modo de alero para la protección solar.

A modo de resumen, para un primer proceso de diseño a nivel de anteproyecto se recomienda tener en cuenta las siguientes consideraciones: 1. Encaminar las estrategias bioclimáticas para protegernos del calor. 2. Contemplar la posibilidad de llevar a cabo medidas de humectación del ambiente 3. Protegerse de los vientos el sur-sureste 4. Abrir huecos que favorezcan el flujo de aire en la dirección del eje suroeste – noreste para favorecer la ventilación natural. 4. Intentar diseñar el edificio con un mayor número de fachadas con la orientación 187.5º. 5. En caso de diseño de cerramientos paralelos a las lindes del solar, Las fachadas sureste y suroeste serán las más óptimas para abrir grandes huecos y evitar abrir huecos en las orientaciones noreste y noroeste. 6. Protección solar fachadas sureste a 136º N: colocación de aleros horizontales con ángulos de 50 a 55 º. 7. Protección solar fachadas suroeste a -134ºN: colocación de aleros horizontales con ángulos de 70º y aleros verticales con ángulos entorno a los 30º, o quebrar la edificación de modo que actúe como alero para la protección solar.

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07. ESTRATEGIAS PASIVAS En el caso en que no se llevaran a cabo estrategias pasivas en el edificio, para poder mantener en su interior las condiciones de confort se necesitaría la ayuda de sistemas activos de climatización que consumirían aproximadamente 2.673 horas de refrigeración y 2.596 horas de calefacción Por tanto se recomienda la adopción de algunas estrategias pasivas con el objetivo de reducir la demanda energética de la vivienda. La aplicación de las siguientes estrategias pasivas que se recomiendan para este caso de estudio por ser las más eficientes pueden llegar a alcanzar aproximadamente un 56 % de horas de confort reduciendo el consumo de sistemas activos de climatización. El consumo de refrigeración se reduciría a unas 1.812 horas y el de calefacción a unas 1873 horas aproximadamente. Ganancia solar directa de la inercia térmica 13,8% (1213 horas de confort) Protección solar de ventanas 24,2 % (2118 horas de confort) Alta inercia térmica + ventilación nocturna 8,3 % (729 horas de confort)

MULTIPLE PASSIVE DESIGN TECHNIQUES

Before

After

Dec

Year

Jan

Feb

Mar

Apr

May

Jun

Jul

Aug

Sep

Oct

Nov

Estos datos son orientativos para considerarlos en la fase previa de diseño quedando a expensas de realizar un análisis exhaustivo de las diferentes propuestas de proyecto.

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FASE 2. ANALISIS BIOCLIMATICO 01. ANALISIS DEL MODELO INICIAL Primero se parte desde el análisis del modelo actual para identificar las determinaciones adoptadas en cuanto a orientación del edificio, disposición de las ventanas y protecciones solares así como otras estrategias pasivas.

Según se ha deducido del análisis climático de Córdoba, para esta ubicación la orientación óptima de fachada se sitúa entre los 150º N y -150º N. Dado que la edificación se proyectó previamente al estudio climático ésta se posiciona según el eje principal del solar N.O. – S.E. generando planos de fachada con peor orientación, aunque las fachadas suroeste y sureste se aproximan bastante a las orientaciones óptimas.

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Del análisis de la planta actual del proyecto se observa cómo ya se ha hecho un primer esfuerzo por intentar llevar a cabo un diseño pasivo con elementos de protección solar así como una disposición de ventanas que permitan la ventilación cruzada aprovechando los vientos dominantes de verano. Como se indica en el texto que acompaña el plano, hay aspecto que, aunque se han tenido en cuenta en un principio, habrá que reestudiar para ver si se han proyectado de manera óptima, o si será necesario replantearlos, así como plantear nuevos elementos que ayuden a mejorar el confort térmico del edificio y reduzcan el consumo energético del mismo. Para ello se van a llevar a cabo una serie de análisis pormenorizados de los distintos elementos más significativos.

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02. ESTUDIO DE SOMBRAS y ANALISIS SOLAR Primero se realizará un estudio de sombras a nivel general del edificio para identificar los elementos que se encuentran excesivamente en sombra así como aquellos que requieren de protección solar y no la tienen.

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Para poder mostrar el análisis de sombras del modelo al completo se han elegido cuatro de vista coincidente con las cuatro orientaciones principales que nos permiten visualizar el modelo adecuadamente. Así, desde un punto de vista sur, y del análisis de los solsticios para diferentes horas del día podemos observar lo siguiente: Zona delantera, salón – cocina, en invierno encontramos que el sol penetra en el interior hasta las 15 horas, por lo que los vuelos están permitiendo la captación solar pasiva de esta zona durante los días fríos. Sin embargo, en verano, vemos cómo a las 9.00 h penetra algo de luz en la zona de salón pero cómo en las siguientes horas las ventanas quedan bien protegidas de la radiación por el gran voladizo horizontal. Zona dormitorio Principal. En las dos ventanas que forman la esquina del dormitorio podemos observar cómo en invierno durante las horas principales del día donde hay mayor radiación solar se produce un correcto asoleo de las mismas, mientras que en verano, la disposición de los aleros horizontales y el alero vertical están protegiendo las ventana de la radiación directa, aunque ya se puede observar que dicha protección no es completa por lo que sería necesario llevar a cabo un análisis pormenorizado de estos aleros. Los gráficos de rango de sombras en color, donde las primeras horas del día quedan representadas en rojo y el resto en morado, nos permite apreciar cómo hay ventanas que, en verano reciben

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radiación solar solo por las mañanas gracias a las protecciones solares pero que hay otras que deben protegerse mejor. Así mismo, en invierno, vemos unas tonalidades más mixtas representando una mayor entrada de radiación solar a lo largo del día.

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Con este análisis se observa cómo las ventanas del baño principal están poco sombreadas y reciben la radiación solar en verano desde las 15.00 h hasta que anoche, aunque en invierno se comporta de la misma manera, la falta de sombreamiento en verano aumentará el número de horas de disconfort. Así mismo, podemos ver cómo la ventana del hall parece que tampoco se encuentra bien protegida en las últimas horas de verano mientras que en invierno si será un elemento de captación solar. Se observa que el patio se encuentra en sombra en los primeros y últimos momentos del día en verano. La ventana del lavadero se sitúa en una cara muy sombreada del edificio por lo que no recibirá radiación solar directa.

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Desde un punto de vista Norte podemos observar cómo las aberturas situadas en las caras N.E. y N.O. se encuentran en sombreadas, es decir, no reciben radiación solar directa. De igual forma se ve cómo el patio inglés que se encuentra en planta sótano será un elemento sombrío durante los meses de invierno. Estos elementos que se encuentran en sombra dejan de ser elementos captadores de radiación y generan un puente térmico en la envolvente aumentando las pérdidas de calor en el interior. En verano vemos cómo estos mismos elementos dejan de estar en sombra a las horas centrales del día aunque las ventanas situadas en la cara Noroeste será a partir de las 15.00 h que dejarán de estar en sombra quedando expuestas a altos niveles de radiación solar en esas horas del final de la tarde de verano. Debido a la posición del sol en los meses de verano, el patio que en invierno era un elemento completamente en sombra, no lo estará tanto en verano, tanto a primera hora del día como a partir de las 15.00 h. En definitiva, las ventanas situadas en las caras S.E. y N.O. tienen un comportamiento contrario al deseado, ya que se encuentran sombrías en invierno y expuestas en verano aumentando el consumo energético de la vivienda. Sería recomendable evitar el mayor número de huecos posibles en estas fachadas.

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Desde el punto de vista al este podemos observar las sombras que se generan sobre las ventanas de los dormitorios y el despacho. Aunque las ventanas de los dormitorios tienen la misma orientación que las del salón y la cocina, y recibirán radiación solar en las primeras horas del día, el hecho de tener la volumetría de la zona de día tan cerca hace que en invierno aumente el coeficiente de sombra de las mismas y partir del medio día comienzan a estar en sombra. Sería recomendable aumentar la dimensión del patio para evitar el sombreamiento de la ventana en los meses de invierno. Desde este punto de vista podemos volver a comprobar cómo el sombreamiento del frontal de la vivienda se acerca a lo correcto tanto en invierno como en verano. Desde este punto de vista también podemos ver cómo el patio inglés deja de ser un elemento en sombra en verano. Después de obtener una visión general del conjunto desde diferentes puntos de vista para los solsticios de invierno y verano podemos deducir que será necesario comprobar si las ventanas situadas en el frontal de la vivienda se comportan de manera adecuada, y en segundo lugar llevar a cabo un análisis más exhaustivo en aquellas ventanas que tienen peor protección solar, que por su tamaño sean más significativas y que pueda solventarse mediante el empleo de protecciones solares. Así, se realizará un análisis más detallado de las ventanas situadas en la cara suroeste, del edificio para optimizar las protecciones existentes y plantear nuevas protecciones.

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Tomando como referencia la sección original del proyecto se ve cómo se ha tomado en consideración desde el principio llevar acabo elementos de protección solar en las ventanas.

Se lleva a cabo un pequeño análisis de sombras para comprobar si las hipótesis iniciales de diseño eran las correctas, y que ya en el análisis general veíamos que estaba cerca. En la siguiente imagen se refleja la hora más desfavorable para el caso del solsticio de verano, las 12:00 h y se compara con la misma situación en el solsticio de invierno.

En este caso, si que se aprecia un buen diseño del sombreamiento de ventana consiguiendo protección solar en el solsticio de verano mientras que en invierno se está consiguiendo que la luz penetre al interior prácticamente hasta el final del salón. Para las ventanas de los dormitorios, donde se habían realizado labores de prediseño, estos no han sido tan acertados y las dimensiones del patio hace que la ventana quede en sombra en invierno, y las protecciones solares de la ventana del dormitorio no tienen la longitud correcta por lo que no impiden que entre la radiación solar directa al interior. Si no fuera posible la ampliación de dichas protecciones solares sería recomendable la instalación de una persiana replegable exterior para evitar el asoleo directo.

Si se realiza otro corte por el lado de la cocina se ve cómo a pesar de que la protección solar tenga una mayor dimensión se consigue que la radiación directa llegue hasta el final de la estancia. En cambio, en verano, la ventana queda en sombra y protegida de la radiación solar directa, incluso en mayor medida que en el caso anterior de la ventana del salón.

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A continuación se llevan a cabo un análisis de radiación solar y exposición solar para evaluar el comportamiento de las ventanas.

Análisis de exposición solar en verano

Análisis de exposición solar en invierno

En las imágenes precedentes podemos observar cómo la exposición solar de las ventanas es la deseada, con alta radiación en invierno y escasa en verano. Así la curva que podríamos dibujar en la gráfica de exposición solar es convexa, es decir, positiva.

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Por tanto el objetivo a desarrollar a fondo será mejorar las ventanas situadas en la fachada suroeste que veíamos que presentaban peor protección solar.

Se hace un análisis para optimizar la protección solar del alero horizontal en los meses cálidos teniendo en cuenta la orientación y ubicación de la fachada y nos da como resultado que ha de ser 0,36 veces la altura, que para este caso en concreto en el que tenemos aberturas de 2,40 y 2,20 metros, dicho alero debería tener una longitud aproximada de 0,85 m y 0,80 m respectivamente. Así se plantean aleros horizontales de 0,85 m y se lleva una rápida comprobación para ver si cubre la mayor parte de los rayos solares incidentes sobre la superficie de la ventana.

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En base a esto se plantean una serie de hipótesis para cada una de las ventanas con el fin de determinar el grado de mejora que se consigue con cada una de ellas y poder encontrar la mejor opción. Ventana Hall Hipotesis 0: La ventana del Hall se encuentra inicialmente protegida por lamas verticales de 25 cm y separadas entre si cada 25 cm. Además de un alero horizontal de 1,00 m de longitud. Hipótesis 1: Se mantiene la dimensión de la protección horizontal pero se suprimen las lamas verticales. Hipótesis 2: Se reduce la protección horizontal a 0,85 cm y se suprimen las lamas verticales. Hipótesis 3: Se reduce la protección horizontal a 0,85 cm y se colocan lamas de 35 cm separadas cada 35 cm. Hipótesis 4: Se reduce la protección horizontal a 0,85 cm y se colocan lamas de 25 cm separadas cada 35 cm y giradas 30 º con respecto a la perpendicular de la ventana orientándose a sur.

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Si comparamos los diferentes resultados: Shading Coeficients Month

Hipotesis 01. Actual Hipotesis 02 Hipotesis 03 ProtHor1mLamaVert25 ProtecHor1mSinLama ProtHor85cmSinLama

Hipotesis 04 Hipotesis 05 ProtecHor85Lama35 ProtecHor85LamaGiro

31.10%

32.40%

21.10%

22.70%

25.30%

27.20%

17.00%

18.70%

15.90%

17.80%

12.10%

12.70%

10.30%

11.50%

8.00%

7.70%

7.30%

8.40%

4.60%

4.90%

7.20%

8.20%

4.30%

4.40%

8.00%

9.10%

5.60%

11.10%

12.90%

8.90%

8.80%

18.00%

19.90%

13.40%

13.50%

27.50%

29.30%

18.70%

19.70%

29.80%

30.70%

19.10%

21.20%

December

20.60% 16.60% 11.60% 7.70% 4.80% 4.40% 5.60% 8.50% 12.90% 17.70% 19.10% 20.50%

31.80%

33.20%

21.00%

23.20%

Winter

19.20%

29.40%

30.90%

19.70%

21.50%

Summer

4.90% 12.50%

7.50%

8.60%

4.80%

5.00%

18.60%

20.10%

12.80%

13.60%

January February March April May June July August September October November

Annual

Ventana Hall Comparativo ProtHor1mLamaVert25

ProtecHor1mSinLama

ProtecHor85Lama35

ProtecHor85LamaGiro

ProtHor85cmSinLama

35.00% 30.00% 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00%

December

November

October

September

August

July

June

May

April

March

February

January

0.00%

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Solar Exposure Hipotesis 01. Actual Hipotesis 02 Hipotesis 03 Hipotesis 04 Hipotesis 05 ProtHor1mLamaVert25 ProtecHor1mSinLama ProtHor85cmSinLama ProtecHor1mLama35 ProtecHor1mLamaGiro Month Total Wh Total Wh Total Wh Total Wh Total Wh January 3095 4876 5167 3183 3648 February 4199 6263 6715 4672 4695 March 4643 6216 6653 4708 4273 April 3065 4214 4819 3176 2676 May 2097 3503 3967 2271 1925 June 1545 2660 3172 1455 1331 July 2007 3566 4227 2120 1855 August 3559 5221 5820 3614 3100 September 4633 6034 6460 4723 4064 October 5086 7458 8061 5517 5556 November 3776 5664 6010 3633 4030 December 3230 6257 6624 3274 4662 verano invierno

11744 14300

17481 23060

19679 24516

11912 14762

10350 17035

2556

5579

4837

2850

6685

De las gráficas y las tablas comparativas se deduce que la mejor opción es la última hipótesis planteada. Sin embargo, dista poco de la segunda, y ésta, al no tener lamas permite una mayor visibilidad desde el interior del edificio al exterior. Se recomienda pues, la supresión de las lamas, mantener el alero a 1,00 m de longitud y preveer la instalación de toldos o elementos vegetales de hoja caduca que ayuden a mejorar el confort. Ventana Dormitorio SurEste Hipotesis 0: La ventana del Hall se encuentra inicialmente protegida por un alero horizontal de 0,80 m de longitud. Hipótesis 1: Se plantea la posibilidad de instalar persianas replegables exteriores para evitar la radiación solar de verano.

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Si comparamos los diferentes resultados: Shading Coeficients

December

November

October

September

August

5.90% 14.60%

July

13.70% 28.60%

June

Summer Annual

May

23.00%

ProtecTempLamas

50.00% 45.00% 40.00% 35.00% 30.00% 25.00% 20.00% 15.00% 10.00% 5.00% 0.00% April

42.10%

ProtecHor80cm

March

Winter

Ventana baño principal

February

Hipotesis 01. Actual Hipotesis 02 ProtecHor80cm ProtecTempLamas 44.20% 23.80% 34.90% 18.10% 26.00% 12.10% 19.40% 8.40% 14.10% 6.10% 12.30% 5.30% 14.80% 6.30% 22.10% 10.70% 28.20% 13.80% 35.50% 19.00% 44.20% 24.50% 47.10% 27.00%

January

Month January February March April May June July August September October November December

Solar Exposure Hipotesis 01. Actual Protec75 Month Total Wh January 3629 February 4853 March 3796 April 3345 May 2973 June 2302 July 2909 August 4180 September 4829 October 5240 November 4024 December 5347 verano invierno

Hipotesis 02 ConLamas 10cm Total Wh 2191 2771 1885 1515 1164 877 1174 1945 2279 2805 2341 3298

14220 17853

6275 10601

3633

4326

De las gráficas y las tablas comparativas podemos deducir que la instalación de lamas horizontales replegables redunda en una mejora del número de horas de confort, ya que reduce la radiación solar en verano a la mitad con respecto a la hipótesis inicial.

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Ventana Dormitorio SurOeste Hipotesis 0: La ventana del Hall se encuentra inicialmente protegida por un alero vertical y horizontal de 0,75 m de longitud. Hipรณtesis 1: Se suprimen las protecciones para ver la necesidad de las mismas. Hipรณtesis 2: Se aumenta las protecciones verticales y horizontales a 0,85 m.

Si comparamos los diferentes resultados:

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Month

10.00%

Hipotesis 01. Actual

Hipotesis 02

Hipotesis 03

Protec75

SinProtect

Protec85

Total Wh

January

1961

2326

February

2404

2967

2322

March

2474

3324

2387

December

November

0.00% October

18.50% 37.00%

20.00%

September

43.00% 57.80%

30.00%

August

19.90% 38.80%

40.00%

July

Summer Annual

50.00%

June

54.40%

ProtecHoryVert85cm

60.00%

May

69.70%

SinProtec

70.00%

April

55.80%

ProtecHoryVert75cm 80.00%

March

Winter

Ventana Dormitorio Ppal SO

February

Hipotesis 01. Actual Hipotesis 02 Hipotesis 03 Month ProtecHoryVert75cm SinProtec ProtecHoryVert85cm January 57.60% 69.80% 56.50% February 47.50% 65.00% 45.50% March 36.50% 58.60% 34.00% April 25.20% 49.70% 22.80% May 19.60% 42.70% 18.30% June 19.70% 42.10% 18.50% July 20.40% 44.30% 18.90% August 27.60% 50.50% 24.60% September 37.80% 58.10% 35.50% October 52.90% 67.80% 51.10% November 58.60% 70.30% 57.30% December 62.40% 74.20% 61.20%

January

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1901

April

1811

2838

1714

May

1735

3106

1528

June

1517

2971

1400

July

1893

3647

1765

August

2377

4030

2144

September October November December

2617 2691 2158 2652

3830 3573 2633 3117

2459 2646 2098 2572

verano invierno

8404 9175

14478 11043

7768 8893

771

-3435

1125

De las gráficas y las tablas comparativas se deduce que la mejor opción es la última hipótesis planteada, en la que un pequeño aumento de la longitud de las protecciones solares redunda positivamente en el balance térmico, con menor coste en refrigeración suficiente como para hacer frente al aumento que se produce del coste en calefacción. Ventana Baño Principal Hipotesis 0: La ventana del Baño se encuentra actualmente sin protección y según los análisis anteriores se ve que esto puede ser desfavorable es por ello que se plantean las siguiente hipótesis. Hipótesis 1: Colocación de un alero horizontal de 0,85 m de longitud Hipótesis 2: Colocación de un alero vertical de 0,85 m de longitud. Hipótesis 3: Se combinan las anteriores hipótesis protegiendo la ventana con alero vertical y horizontal de 0,85 m.

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Si comparamos los diferentes resultados:

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Hipotesis 01. Actual Hipotesis 02 Month Sin proteccion ProtecHor January 67.30% 57.80% February 63.70% 51.80% March 57.20% 43.30% April 50.30% 34.20% May 45.60% 30.40% June 45.50% 31.60% July 47.20% 32.10% August 51.10% 35.20% September 58.40% 44.40% October 63.60% 52.80% November 67.50% 58.30% December 70.70% 63.10%

Hipotesis 03 Hipotesis 04 ProtecVert ProtecHoryVert 66.80% 57.10% 60.80% 48.80% 52.40% 38.50% 43.50% 27.40% 35.70% 20.70% 34.20% 20.40% 36.60% 21.60% 45.40% 29.50% 54.40% 40.50% 61.90% 51.00% 66.90% 57.50% 70.10% 62.20%

Winter

67.20%

57.60%

56.00%

65.90%

Summer Annual

46.10% 57.30%

31.40% 44.60%

20.90% 39.60%

35.50% 52.40%

Exposición solar ventana baño principal Sin proteccion

ProtecHor

ProtecVert

ProtecHoryVert

80.00% 70.00% 60.00% 50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% December

November

October

September

August

July

June

May

April

March

February

January

0.00%

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Hipotesis 01. Actual Hipotesis 02 Sin proteccion ProtecHor Month Total Wh Total Wh January 4411 3747 February 5732 4723 March 6391 4925 April 5512 3972 May 6220 4215 June 5937 3816 July 7119 4625 August 8115 5495 September 7358 5270 October 6950 5477 November 5073 4253 December 6229 5329 verano invierno

Hipotesis 03 Hipotesis 04 ProtecVert ProtecHoryVert Total Wh Total Wh 4395 3929 5697 4970 6120 4827 5089 3646 5327 3374 4967 2885 5985 3548 7190 4640 6975 5075 6807 5578 5040 4430 6229 5649

28529 21445

19206 18052

25117 21361

16148 18978

-7084

-1154

-3756

2830

De las gráficas y las tablas comparativas se deduce que la mejor opción es la última hipótesis planteada. La primera hipótesis nos muestra cómo la ventana del baño recibe una alta radiación en verano que no compensa la radiación recibida en invierno, por lo que sale un balance negativo. Tanto la protección vertical como la horizontal consiguen mejorar el balance térmico, siendo ésta última una mejor opción en sí misma. Pero, es con diferencia, la combinación de ambas hipótesis la que hace que el balance térmico sea positivo y las pérdidas de ganancia solar en invierno se vean compensadas por las horas en que la ventana se encuentra protegida de la radiación solar directa.

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03. ANALISIS DE ILUMINACIÓN NATURAL A continuación se muestran una serie de imágenes que reflejan la iluminación natural en el interior del edificio, tanto en planta baja como el planta sótano.

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Del análisis visual cualitativo podemos ver zonas que podrían preocupar por falta de iluminación. Así se identifican las siguientes estancias principales: en la planta baja (primera imagen) el despacho y los dormitorios. En la planta sótano, la zona de estar, dado que el resto son cuartos destinados a instalaciones, ropero, baño o dormitorio de invitados. A continuación se muestra la distribución de la iluminación natural de la vivienda para el solsticio de invierno en distintos planos de corte.

En esta sección podemos ver cómo por ejemplo en el salón tenemos una buena iluminación natural no solo en el plano de trabajo sino en toda la sección. En la zona de estar sin embargo se pueden apreciar zonas con niveles de iluminación natural muy bajos en las zonas más alejadas de las aberturas. En el dormitorio hay unos niveles de iluminación más bajos que en el salón pero mayores que en el sótano, pero tiene una distribución más o menos uniforme salvando el entorno de la ventana.

Esta sección refleja cómo entra la luz por las pequeñas aberturas que se han abierto para iluminar el dormitorio de invitados, el pasillo y el baño de planta sótano, aunque la luz consigue penetrar apenas quedan dichas estancias iluminadas. 25

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Para analizar si las distintas zonas que hemos identificado como poco iluminadas en las imágenes anteriores cumplen los niveles recomendados de iluminación según el uso de las distintas estancias se determinarán los valores de iluminación natural en un plano horizontal a 0,80 m del suelo (superficie de trabajo) para las distintas estancias del edificio.

Del análisis del plano de trabajo se obtienen los siguientes valores representados en la tabla: Ilum media (lux) Valoress recomendados

Estar Psot 135.23 100-300

Salon 356 100-300

8.04 1.27 0.51

10.92 4.76 2.8

Fin max Fin med Fin min FinMin/FinMed Falta Iluminacion <0.33 FinMax/FinMed Exceso de brillo >3

0.40 No

16.45 4.77 2.92

0.59 No

6.33 Si

Cocina Despacho DormPpal 350.01 105.72 368.16 200-300 400 50-150

0.61 No

2.29 No

31.82 2.03 1.11

3.45 Si

13.85 3.54 2.14

29.35 4.82 3.59

0.51 No

15.67 Si

Dorm02 303.87 150-300

15.67 4.8 2.44

0.55 No

Dorm01 237.87 150-300

0.60 No

3.26 No

20.29 6.8 4

0.74 No

3.91 Si

BanoPpal HallconLamas 523.13 287.57 100 100-150

0.59 No

6.09 Si

15.02 3.99 2.16 0.54 No

2.98 No

3.76 Si

En general, prácticamente todas las estancias principales cumplen con los valores recomendados de iluminancia, y todos tiene un factor de iluminación natural FIN entre 1 y 9 %. Cabe destacar el despacho, que se encuentra por debajo de los valores recomendados de iluminación natural dado que es un lugar de estudio y trabajo y sin embargo, presenta los valores medios más bajos. Si está dentro de los valores recomendados de FIN, y del análisis de falta de iluminación se deduce que no hace falta iluminación, esta misma estancia presenta niveles de exceso de brillo en la zona cercana a la ventana presentando grandes contrastes en su interior. La mayoría de las estancias tienen exceso de brillo que se deberá solventar tamizando mediante elementos móviles interiores tipo cortina o persianas. El baño principal presenta niveles de iluminación natural muy altos aunque no presenta exceso de brillo por lo que la luz queda repartida homogéneamente en su interior. A continuación se realizan una serie de análisis de los niveles de iluminación natural en el interior de las distintas estancias para ver la distribución espacial.

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En el interior del salón podemos ver cómo se alcanzan aproximadamente los niveles recomendados de iluminancia, así tenemos la mesa de comedor con 290 lux o la zona de sofá para leer con 500 lux. En la cocina, sin embargo, aunque la iluminancia media de la estancia cumple con los valores recomendados, la zona de preparado se encuentra por debajo entre los 350 – 250 lux uando se recomiendan 500 – 600 lux por lo que será necesario usar iluminación artificial para alcanzar niveles óptimos de visibilidad.

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En el dormitorio, la zona de escritorio alcanza valores medios de aproximadamente 300 lux aptos para desarrollar labores de estudio trabajo. La de la cama se localiza en una zona con menor iluminancia entorno a los 80 lux.

04. Recomendaciones En base a los datos analizados en esta segunda fase se hacen las siguientes recomendaciones para tener en cuenta entendiendo la fase en la que se encuentra el proyecto y donde los cambios no pueden ser los mismos que en una fase inicial. 1. Protecciones Solares Se recomienda el cambio o implementación de nuevas protecciones solares según lo siguiente: Ventana Hall: se eliminarán las lamas verticales y se dejará únicamente la protección horizontal de 1,00 m. Para una mejora de la protección solar usar elementos móviles tipo toldo. En su lugar se puede plantar un árbol de hoja caduca que permita recibir radiación solar en invierno pero proteja de la radiación solar en verano que no puede proteger el alero horizontal. Ventana dormitorio principal S.E: Dejar el alero como está. Se recomienda la colocación de protectores solares móviles por el exterior tipo persiana replegable de lamas orientables para proteger de la radiación en los meses de verano. Ventana dormitorio principal S.O: Aumentar el alero vertical y horizontal 10 cm para evitar un mayor rango de radiación solar que se produce en las últimas horas de los días de verano. Ventana baño principal: Se recomienda la colocación de protecciones horizontal y vertical de la misma dimensión que la del dormitorio principal. Debido a que el alero lateral óptimo alcanza unas dimensiones irrealizables, se recomienda la instalación de vegetación que actúe de protector solar lateral evitando la radiación directa que se produce en las últimas horas de los días de verano. Ventana baño principal N.O: sería necesario la colocación de un alero vertical para evitar la radiación que se produce en las últimas horas de los días de verano. Dicho alero no afectaría a la radiación en invierno ya que en dicho período no recibe radiación en esas horas. Ventana dormitorios: Debido a que las protecciones solares actuales no se pueden aumentar, además de que sería necesario realizar voladizos de grandes dimensiones, se recomienda la instalación de protectores exteriores como las persianas replegables de lamas orientables. 2. Iluminación Natural Dadas las limitaciones de abrir nuevos huecos en fachada debido a la fase de proyecto, se recomienda actuar para mejorar la iluminancia del despacho por ser la más desfavorable, por ejemplo haciendo más permeable esta zona y el vestidor de manera que pueda llegar iluminación también por esta zona.

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01. CONFIGURACIÓN DE LAS CONDICIONES INTERIORES Los cálculos de ventilación natural se realizan aplicando una hipótesis de ocupación como la siguiente: Todos los habitantes de la viviendas están en ella hasta las 9:00 de la mañana que se van a trabajar y al colegio. A las 14:00 regresan para comer. A las 17:00 es hora de volver al trabajo, y solo quedan en casa los niños. Hasta las 21:00 que vuelve estar la familiar el completo hasta las 24:00. Los fines de semana la familia aprovecha para disfrutar de la casa y las fiestas y las vacaciones de agosto para darse una escapa fuera del calor del verano.

Para que se abran las ventanas se establece que la consiga de temperatura sea de 22º, de manera que, si en el exterior la temperatura es superior a 22º, las ventanas permanecerán cerradas, y si en el interior la temperatura es superior a 22º y en el exterior inferior, éstas se abrirán para refrigerar el interior.

De acuerdo al presupuesto de la familia, se establece con criterio general, que las ventanas serán del tipo 4+4-12-6, siendo vidrios Bajo Emisivo aquéllos con orientación sureste y suroeste. Por lo general las ventanas son del tipo corredera, por lo que se podrán abrir el 50 %.

Las puertas interiores permanecerán la mayor parte del tiempo abiertas.

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02. ANALISIS EXTERIOR Se realiza un primer análisis exterior de CFD qué servirá para poder plantear hipótesis de abertura de ventanas y hacer que la ventilación natural sea más efectiva.

De estas dos primeras imágenes se deduce que los vientos dominantes de verano son prácticamente perpendiculares a la fachada suroeste de la vivienda, por lo que será necesario que las aberturas de dicha fachada y la opuesta sean practicables para favorecer el movimiento de aire y aprovechar el efecto de ventilación natural.

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En la primera imagen podemos ver cómo la velocidad del viento decrece al encontrarse con la fachada suroeste del patio. Este mismo efecto se observa en el vidrio suroeste del salón de la segunda imagen. En ambos casos, la dirección predominante del viento se ve interrumpida por una ventana, que en este caso, son vidrios fijos, y que habría que plantearse si no sería beneficioso que fueran practicables. En las dos imágenes siguientes en las que se observa la fachada opuesta sureste y el patio inglés de planta sótano se puede ver el rebufo y cómo hay una zona de estancamiento de aire que podría evitarse favoreciendo la apertura de huecos que permitan romper dicha estanqueidad. 4

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En base a las observaciones realizadas tras analizar el flujo dinámico del viento en el exterior de la vivienda para los meses cálidos, se van a establecer las siguientes hipótesis de cálculo de cfd interior mediante la apertura de nuevas ventanas o el cambio de vidrios fijos por practicables y que pretenden mejorar las condiciones de confort de la vivienda. Hipótesis 1 de cálculo. Se cambia uno de los vidrios fijos existentes en el estar de planta sótano por una ventana corredera para favorecer el movimiento del aire de la fachada suroeste a la fachada sureste. Hipótesis 2 de cálculo Actualmente, en el hall de entrada no existen ventanas que permitan ventilar dicha estancia dado que todos los vidrios son fijos, es por ello que se plantea una hipótesis en la que se realizan dos pequeñas aberturas verticales de 2,40 x 0,30 m una por cada una de las dos fachadas opuestas de la estancia de manera que permita el paso del aire de la masa de aire que veíamos quedaba estanca en el exterior. Hipótesis 3 de cálculo En esta hipótesis se realiza un cambio de un vidrio fijo situado en el salón y que tiene orientación suroeste por un practicable con apertura total. Debido a que, según lo que veíamos en las imágenes de cfd exterior, el aire pasa tangencialmente a las ventanas que actualmente son correderas, la abertura de este vidrio fijo podría ser favorable y mejorar las condiciones de confort del salón. Hipótesis 4 de cálculo Para crear una corriente de aire que atraviese toda la zona de noche de la fachada suroeste a la sureste se efectúa un cambio en el vidrio fijo existente en el baño principal por una ventana corredera con un 50% de abertura.

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02. SIMULACIÓN HORARIA SEMANA DE DISEÑO DE VERANO Se lleva a cabo una simulación de la semana extrema de verano y para realizar la simulación de las diferentes hipótesis se escogerá uno de los días en que haya movimiento de caudal de aire saliente y entrante. Para las simulaciones se ha escogido el día 16 de Agosto a las 22.00 horas. Ventilacion - Sitio, Hipo6_Combo EnergyPlus

10 Ago - 16 Ago, Horario Temperatura Operativa

Evaluación

Temperatura Ext. BS

Temperatura (°C)

40 35

Text = Toperativa = 33,68º C

30 25

Balance Térmico (kW)

Ocupación

1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

OCUPACION 1.70 kW

C audal de Aire Entrante

C audal de Aire Saliente

Caudal de aire (m³/s)

CAUDAL AIRE ENTRANTE 4.70 m3/s

4 2 0 -2 -4

CAUDAL AIRE SALIENTE - 3.49 m3/s

11 Dom Ago 2002

12 Lun

13 Mar

14 Mie

15 Jue

16 Vie

17 Sab

Hora/Fecha

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03. CALCULO CFD INTERIOR Hipótesis 0: Inicial

En estas imágenes podemos ver el comportamiento de los flujos del aire según el estado actual de aberturas.

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En esta imagen del estado actual podemos ver una sección por el pasillo de la zona nocturna, y en ella podemos ver cómo la zona del baño alcanza unas temperaturas superiores al resto, y los vectores de velocidad se reducen.

Hipótesis 1: Ventana Sótano

En esta imagen podemos ver cómo al abrir la ventana en sótano aumenta el flujo de aire.

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Hipótesis 2: Ventana Hall

Si comparamos la primera imagen con la imagen en planta de la hipótesis veremos cómo se observa un incremento de los vectores en la zona de hall debido a la abertura de dos nuevos huecos, por lo que la ventilación cruzadas está funcionando y se puede ver también un pequeño descenso de las temperaturas en esta zona.

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Hipótesis 3: Ventana Salón

La abertura de la ventana en el salón hace aumentar el número de vectores de velocidad en el salón y redunda en una reducción ligera de la temperatura con respecto a la hipótesis inicial.

Hipótesis 4: Ventana Baño Ppal

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En esta imagen podemos ver una sección del pasillo de la zona de noche donde se aprecia que ahora sí se completa la ventilación cruzada desde una fachada a la otra del edificio. Esto redunda en una bajada de temperaturas de prácticamente 1ºC de la zona más cálida de la vivienda, el baño principal.

Combo 5: Hipo 1 + Hipo 2 + Hipo4

Atendiendo a los colores representados en la imagen podemos ver una reducción de la temperatura general en toda la superficie de la planta baja gracias a la combinación de las diferentes hipótesis.

JUAN CARLOS GIRALDO

VIVIENDA UNIFAMILIAR AISLADA. c/Coronel Villar n02 CORDOBA ANÁLISIS VENTILACION NATURAL DEL EDIFICIO

04. ANALISIS DE RESULTADOS PLANTA SOTANO. Plano de Corte Z 1,67 m Parámetro Hipo0:Inicial Hipo01: VentSot Hipo02:VentHall Hipo03:VentSalon Hipo04:VentBaño Combo05 Velocidad 0.0058 0.01452 0.029 0.031 0.028 0.02 Temperatura 32.74 32.35 32.508 32.786 32.75 32.26 VMP 1.687 1.594 1.563 1.465 PLANTA SOTANO. Plano de Corte Z 1,67 m Parámetro Hipo0:Inicial Hipo01: VentSot Hipo02:VentHall Hipo03:VentSalon Hipo04:VentBaño Combo05 Velocidad 0.0058 0.01452 0.029 0.031 0.028 0.02 Temperatura 32.74 32.35 32.508 32.786 32.75 32.26 VMP 1.687 1.594 1.563 1.465

La abertura de nuevas ventanas o el cambio de vidrios fijos por ventanas practicables o correderas no ha supuesto una gran mejora en las condiciones de confort sobre la hipótesis inicial lo suficientemente significativas. Destaca la hipótesis 2 como la mejor de las individuales, que genera corrientes de aire importantes en el centro de la vivienda afectando al resto, y la última opción, en la que se combinan varias aberturas parece ser la mejor opción aunque con poca diferencia con respecto a la hipótesis 2.

TAREA 3

1/9/2015

Fecha límite Entregar modelo DesignBuilder Y Excel REPORT: - nombre archivo DB: “DB-nombre estudiante–practica 3.dsb” - nombre archivo Excel: “DB-nombre estudiante–practica 3-REPORT.xls” PARA REALIZAR ESTA PRACTICA SERA NECESARIO SEGUIR LOS VIDEOS

BATERÍA DE HIPÓTESIS CON OPTIMIZACIONE ESPECÍFICAS https://meet41283548.adobeconnect.com/p88154y2wav/

Video entero INTENCIONES

https://meet41283548.adobeconnect.com/p82cyuc74vb/ https://meet41283548.adobeconnect.com/p974h3yjq4t/ https://meet41283548.adobeconnect.com/p2lmncxgc47/

Video 1 Intro Video 2 Comentario, Puentes termicos Video 3 Comentario, Edificios entorno

Con este ejercicio practicamos: - Parametrización / Definición el poryecto, hasta el nivel HVAC y tarifas energéticas. - Simular y obtener datos, hasta datos de consumos y costes. - Diagnosticar (ver en qué falla el edificio o qué se puede hacer mejor) . - Comparar en EXCEL. En definitiva, poner en práctica nuestro nivel de DesignBuilder

En qué punto deberíamos estar: Hemos realizado la práctica 2. Hemos modelado la hipótesis inicial y alguna hipótesis con algún cambio. Hemos rellenado algunos campos del Excel practica 2, hasta llegar al resultado de horas de confort.

Para iniciar esta práctica 3: Partiremos del modelo en “estado inicial”. Así que eliminamos las otras hipótesis que tengamos porque en esta práctica definiremos las particularidades de HVAC y de optimizaciones o cambios en la envolvente. La intención es que todos "practiquemos de la misma manera…”

https://meet41283548.adobeconnect.com/p8h8xdiobb2/

Video 4 lo que tenemos que hacer

Resumen de lo que tenemos que hacer en esta práctica: 1: Definir tarifas energéticas 2: Definir sistema HVAC (a elegir 1 opción de 3) 3: Optimización específica en cerramientos 4: Optimización específica en protecciones solares 5: Practicar una medida específica aplicada a la Ventilación natural.

Calcularemos las 4 hipótesis (estado actual + 3 medidas) Rellenar campos en Amarillo

TARIFAS ENERGÉTICAS: EXPLICACIONES Video 5 Tarifas

https://meet41283548.adobeconnect.com/p7zvn338r8i/

Definir las Tarifas de electricidad y Gas en el apartdo “Economics” Para ello: - Copiar/editar la actual tarifa de electricidad y Gas. - Obtener los precios, por ejemplo de:

http://www.gasnaturalfenosa.es/es/hogar/gas+luz+servicios/tarifas+l uz+y+gas/1285340342233/tarifas+optimas+consumo.html

En electricidad: Definir los precios de €/kW.mes y €/kWh consumido. Contratamos 10 kW para nuestra casa, entonces: 10x3,5577855 €/kW= 35,577855 €/kW Consumo variable 0,1452 €/kWh

En gas: Definir los precios de €/mes y €/kWh consumido. 8,84€ mensuales 0,0469€/kWh de gas

HVAC doméstico - configuraciones necesarias - 3 opciones, elegir 1 Video 6 HVAC elegir 1 opcion

https://meet41283548.adobeconnect.com/p7c4npm9wjj/

Elegiremos una de las 3 pociones HVAC para realizar esta práctica. Las 2 opciones HVAC COMPACTO se supone que son más fáciles de definir. La opción HVAC DETALLADO es un poco más difícil de definir pero permite tener más control de los elementos que se instalan.

Opción 1: HVAC compacto: FANCOIL https://meet41283548.adobeconnect.com/p7nh0b425kf/

Video 7 opcion hvac 1

- Seleccionamos FANCOIL en la biblioteca HVAC - Activamos la ventilación natural. - Por favor! Activar el modo mixto para evitar HVAC y VN actuando simultáneamente. - Desactivamos la renovación del aire (“by zone”, 0 r/h)

Donde climatizamos: - Calefacción en todas las salas de la casa. - Refrigeración en sala, dormitorios, estudios (no en cocina, pasillos, baños,…)

**Más adelante veremos que si hemos elegido este tipo de HVAC, pues, una vez calculado deberemos rescatar los datos de “capacidades autodimensionadas” en el informe resumen que nos genera DB.

Opción 2: HVAC compacto: Radiadores + Aire Acondicionado Video 8 opcion hvac 2

https://meet41283548.adobeconnect.com/p3ls9ijrmii/

Opción 3: HVAC detallado: Suelo radiante + Aire Acondicionado Video 9 opcion hvac 3

https://meet41283548.adobeconnect.com/p72k42wm2cq/

Breve explicación de cada hipótesis

Explicamos la principal característica de cada hipótesis.

Video 10 expicacion rapida hiptesis

https://meet41283548.adobeconnect.com/p9ex7rs6c42/

Modelo inicial: Estado actual Hipótesis 1

Si se ha realizado la práctica 2 se supone que el estado actual del proyecto ya está modelado y definido.

Optimización específica en cerramientos

Hipótesis 2

Aumentar el aislamiento: - Muros, 20cm - Cubiertas, 30cm - solera, 15cm - Cristales, definir o elegir un cristal doble con U<1,5W/m2K - Infiltraciones, considerar "BUEN" nivel de infiltraciones. -Solucionamos los puentes térmicos (asignar "cerramiento muro normal" a "subsuperficies")

https://meet41283548.adobeconnect.com/p2bpcc8aoze/

Video 11 hipotesis 2

Optimización específica en Protecciones Solares Sombreado de ventana - Tipo “Blind with low reflectivity slats” - 2cm ancho - 5cm separación entre lamas - A 10 cm del cristal - Horizontales (=Angulo 90º) - Posición exterior - Solo en verano (de junio a setiembre) Hipótesis 3

Y Bloque de componente - Tipo toldo - 75% de opacidad (25% transparencia) - Arboretum: en patio y delante balconeras en fachada sur. - RM: 2m delante toda la fachada sur - Solo se pone el toldo en verano (de junio a setiembre) Esto significa que se tiene que programar la transparencia del bloque de componente

https://meet41283548.adobeconnect.com/p8rizsgt72g/

Video 12 hipotesis 3

Optimización específica en la Ventilación Nocturna de verano IMPORTANTE SEGUIR EL VIDEOO Esta medida no se aplicará en Ventanas de salas de dormitorios. Sí se aplicara en el resto de ventanas del edificio. Modificaremos la programación “MIXED MODE” para conseguir: - Que durante todo el año funcione la ventilación natural (abrir ventanas cuando hace calor) - Y que en general si hace demasiado calor se active el sistema de refrigeración. - Pero en las noches de verano (de junio a setiembre) forzaremos que las ventanas se abran en toda la casa, excepto dormitorios, para así enfriar naturalmente. Atención: Esta medida requiere explicación a parte porque no hemos visto la aplicación del modo mixto en clase. Hipótesis 4

En resumen: ‐ Refrigeración, programación OFF en noches verano: Nos aseguramos que no hay refrigeracion noches de verano. ‐ Programación de Tº de Ventilación natural baja, en noches de verano. Para forzar que se abran las ventanas. ‐ Programación modo mixto 0 en noches de verano. Para que “se independice la ventilación natural y sistemas activos”. Sobretodo no aplicat esta e los dormitorios.

https://meet41283548.adobeconnect.com/p9pk1kw0s98/

Video 13 hipotesis 4

Hipótesis 5

aplicando las ventajas que se han visto. Así, se plantea una nueva Hipótesis 5 donde se incrementará el aislamiento allí donde se están produciendo mayores pérdidas o ganancias, es decir, cubierta y suelo sobre terreno. En cuanto a protecciones solares que, en verano son la mayor fuente de ganancias térmicas, y por tanto de consumo energético se estudia la colocación de nuevos aleros verticales y horizontales, algunas protecciones temporales como persianas y toldos según hemos puesto en la hipótesis 3. Se realizará la ventilación natural nocturna, y se eliminará el recuperador de calor sustituyéndo esta maquina y el equipo PTAC por una bomba frío calor inverter.

Hipótesis 6

Descripción

COMBO

Descripción

Cerramientos Video 14 empezar a calcular y rellenar report

https://meet41283548.adobeconnect.com/p4kiu39p9up/

Propiedades térmicas de los cerramientos de cada hipótesis y la cantidad de superficie asociada a cada elemento. Desde DesignBuilder estos datos se obtienen del "report" que se genera cuando exportamos el fichero CSV, utilizando la primera plantilla de cerramientos. El valor de superficies se encuentra en las tablas al final del CSV.

Cubierta Plana Puerta Exterior Muro Partición Cubierta Plana Suelo Terreno Muro contacto Terreno Acristalamiento 1_4+4-12-6 Acrristalamento 2_4+4-12-6 LowE Acristalamiento 3_6-12-6 Marco_Aluminio con RPT

INICIAL

PROPUESTA

PROPUESTA PROPUESTA PROPUESTA

H1 U-Value W/m2K

H2 U-Value W/m2K

H3 U-Value W/m2K

H4 U-Value W/m2K

H5 U-Value W/m2K

2.22 0.28 0.46 0.24 0.41 0.46 2.67 1.64 2.69 3.54

2.22 0.13 0.46 0.09 0.09 0.19 1.64 3.54

2.22 0.28 0.46 0.24 0.41 0.46 2.67 1.64 2.69 3.54

2.22 0.28 0.46 0.18 0.32 0.46 2.67 1.64 2.69 3.54

PROPUESTA

H6 U-Value W/m2K

COMBO U-Value W/m2K

Geometría

Esta es una comparación de superficies y areas climatizadas, la compacidad y el grado de estanqueidad de ambos casos. Desde DesignBuilder estos datos también se obtienen del "report CSV". Las zonas deben "estar climatizadas". Aquí deberiamos ver cambios, segun la manera como se han modelado los gruesos del edificio.

Área (m2) Volumen (m3) Superficie de cerramiento exterior (m2) Transmitancia U media (W/m2K) Compacidad - área / volumen (m-1) Superficie ventana exterior (m2)

COMBO

H1 313.21 893.60 969.92 0.63 1.09 108.90

H2 299.59 808.63 969.93 0.39 1.20 104.40

H2 313.21 893.60 969.92 0.63 1.09 108.90

H4 313.21 893.60 969.92 0.63 1.09 108.90

H3 313.21 884.84 969.92 0.61 1.10 108.30

COMBO

ESCRIBIR OBSERVACIONES

Al aumentar el grueso de los cerramientos en la hipótesis 2, algunas ventanas han disminuido su tamaño. Pero la diferencia volumétrica y superficial es mímima. La Transmitacncia media U si que varía significativamente de la hipótesis 2 con respecto al resto. Estando casi el doble de aislado, así podremos ver cómo se comportaría el edificio si lo aisláramos el doble de lo que se plantea inicialmente, y si realmente merece la pena, o es mejor llevar a cabo otro tipo de estrategias, que no le resten superficiel útil alpropietario.

Antes de calcular - configuraciones necesarias Debido a que en el siguiente apartado deberemos calcular las horas de disconfort en "evolución libre", ahora debemos seleccionar un tipo de HVAC "solo ventilación natural", es decir, que no estaremos utilizando sistemas activos para climatizar.

Es importante que en la llave inglesa (herramienta amarilla) se seleccione:

HVAC compacto Ventilación natural Calculada

Y después configurar lo siguiente, para tener éxito con la ventilación natural:

Programación de la ventilación a "ON"

Programación de Ventanas "ON", y % elevado de abertura

Antes de simular, pedir el resultado de "confort"

Evolución libre - Horas de disconfort Se calculan las hipótesis, sin considerar sistemas de climatización pero sí considerando regímenes de ocupación, equipos e iluminación. En este caso se calculan en nº de horas de disconfort que se producen a lo largo del año. Un año tiene:

8760

Calculo Anual Horas de disconfort del edificio ( h / año ) [AUTOMÁTICO] Horas de confort del edificio ( h / año )

H1 2986.00 5774.00

horas H2 2606.68 6153.32

H3 3143.20 5616.80

H4 2989.40 5770.60

H5 3114.00 5646.00

ESCRIBIR OBSERVACIONES

A pesar de haber aumentado reducido la transmitancia térmica media de los cerramientos al doble, el número de horas de confort que se consigue aumentar se sitúa en las 380 . es decir, 15 días de confort pleno. Por otro lado, según reflejan los datos recogidos realizar una ventilación nocturna no redunda en un aumento del confort y esto debe ser debido a las altas temperaturas en las noches de verano. Aunque los datos de la hipótesis 3 muestren un aumento de las horas de disconfort con respecto a la primera hipótesis, la colocación de toldos en verano e s una buena estrategia a seguir y, por tanto no se puede dar este resultado como válido. Sorprendentemente, en la última hipótesis, a pesar de haber realizado acciones de mejora, los resultados son negativos, algo debe estar mal.

HVAC ¿Qué opción has elegido? Video 15 Report Sistemas activos

https://meet41283548.adobeconnect.com/p8nzduqie7f/

Por favor, especifica en el menu desplegable la opción HVAC con la que has decidido practicar! Abre este menu!

Opción 3: HVAC detallado: Suelo radiante + Aire Acondicionado Opción 1: HVAC compacto: FANCOIL Opción 2: HVAC compacto: Radiadores + Aire A Opción 3: HVAC detallado: Suelo radiante + Aire

Entonces se supone que has seguido las instrucciones explicadas en la hoja "HVAC DETALLADO" y simplemente tienes que seguir rellenando los campos en amarillo.

Entonces, a parte de seguir rellenando los campo

IR A LA HOJA CON DESCRIPCIONES DE HVAC DETALLADO

Entonces, a parte de seguir rellenando los campo Entonces se supone que has seguido las instruc

Dimensionamiento de potencias de calefacción y refrigeración Si se han definido los sistemas HVAC ya se pueden calcular las potencias (W "pico") que sería necesario instalar para calefacción y refrigeración. El coeficiente de seguridad se determina en la ventana que aparece antes de realizar el cálculo de capacidades. Para poder expresar el dato W/m2 debemos conocer los m2 totales climatizados. Este dato deberia estar completo en celda C42. Dimensión de la calefacción coeficiente de seguridad kW de potencia W/m2

H1 1.25 18.16 57.98

H2 1.25 14.15 47.23

H3 1.25 18.16 57.98

H4 1.25 18.16 57.98

H5 1.25 17.80 56.83

H6 1.25

COMBO 1.25

Dimensión de la refrigeración coeficiente de seguridad kW de potencia W/m2

H1 1.15 36.86 117.68

H2 1.15 30.02 100.20

H3 1.15 30.83 98.43

H4 1.15 37.40 119.41

kW de potencia

H5 1.15 32.72 104.47

H6 1.15

COMBO 1.15

kW de potencia

40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 1

ESCRIBIR OBSERVACIONES

Calefacción: Las estrategias de mejora que se plantean en la hipótesis 3 y 4 no resultan ser efectivas para reducir la potencia de la máquina a instalar. Es, sin embargo, la hipótesis 2 , cuando se ha duplicado el aislamiento cuando realmente tiene efecto a nivel de diseño de calefacción y redunda en una menor potencia a instalar. Para el caso de la refrigeración es distinto, ya que las estrategias planteadas relfejan resultados distintos. Mientras que un super aislamiento y la colocación de toldos en el verano hacen reducir la capacidad de diseño de refrigeración, el realizar una ventilación nocturna, está haciendo que sea necesario instalar una máquina de mayor potencia con respecto a la hipótesis inicial. La Hipótesis 5, a pesar de tener mayor número de horas de discofort que la Hipotesis 1 Inicial, tiene menor demanda de calefacción y refrigeración. No cuadra.

Capacidades Autodimensionadas por DB, para cada zona Video 16 Chillers autodimensionados

https://meet41283548.adobeconnect.com/p5nije774gf/

Estas celdas se tienen que rellenar solo si se ha elegodo una de las 2 opciones HVAC COMPACTO: - o FANCOIL - o RADIADORES+AA Si se ha optado por HVAC DETALLADO, no se pide completar estas celdas. Ver el Resúmen > "HVAC Sizing Summary" Donde hay información de "capacidades" en cada zona

Atención: Error de la licencia de evaluación: Si os aparecen los nombres de las zonas como "numeros", no os preocupéis: simplemente pegar los nombres y valores, aunque nos cueste identificar las zonas correspondientes.

Calefacción W

Refrigeración W

sala sala sala … … … … … … … … … …

Totales Demandas energéticas Video 17 demandas

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Se hace el cálculo dinámico de todas las horas del año y se obtiene el resultado de calentamiento y enfriamiento sensible y latente de cada zona. Este tipo de resultado se obtiene de "Cargas del sistema". De esta manera determinamos la demanda energética del edificio. Primero se comparan las demandas mensuales.

A la derecha: imagen de referencia para hacer la exportación

Comparación de demandas mensuales (CALENTAMIENTO DE ZONA) meses e f m a m j j a s o n d

H1 kWh 2994.41 2501.17 1949.95 1120.35 608.3 233.81 53.55 25.88 233.47 779.89 2033.02 2924.05

H2 kWh 2668.67 2239.54 1778.77 1042.02 579.35 227.4 47.96 23.48 223.06 727.56 1836.83 2625.16

H3 kWh 2971.41 2517.48 1991.94 1133.51 618.74 224.45 46.1 21.6 219.28 792.69 2059.68 2959.15

H4 kWh 2682.04 2375.69 2128.91 1254.71 683.32 252.37 134.07 70.35 265.87 866.44 2185.49 2808.78

H5 kWh 381.33 264.96 105.92 37.78 14.07 2.83 0 0 0 14.17 86.18 268.18

H6 kWh

3500

COMBO kWh

H1 kWh

3000 H2 kWh

2500

H3 kWh

2000 1500

H4 kWh

1000

H5 kWh

500

H6 kWh

0 e

COMBO kWh

ESCRIBIR OBSERVACIONES

A efectos de demandas mensuales de calefacción, la hipótesis 1 y 3 es lo mismo, es decir, la colocación de toldos no redunda en una disminución de la demanda de calefacción. Es solo con la hipótesis 2 que se consigue reducir dichas demandas. y de la hipótesis 4 se deduce que en algunos momentos, la ventilación nocturna llega a aumentar un poco la demada de calefacción como en los meses de marzo o noviembre

La Hipótesis 5 presenta una marcada diferencia con respecto a todas las demás hipótesis. Debe haber un error teniendo en cuenta los datos anteiores.

Comparación de demandas mensuales (ENFRIAMIENTO TOTAL) meses e f m a m j j a s o n d

H1 kWh 0 -0.01 -47.86 -678.73 -2144.05 -4593.03 -8150.32 -7930.67 -4713.74 -1618.95 -88.77 -0.17

H2 kWh -0.24 -0.38 -51.18 -638.32 -1919.46 -4120.91 -7398.4 -7194.07 -4408.54 -1568.23 -74.48 -1.43

H3 kWh 0 -0.01 -21.92 -505.12 -1711 -3591.24 -6951.84 -6684.33 -3736.26 -1389.88 -53.83 -0.01

H4 kWh 0 -0.02 -11.43 -235.28 -1092.66 -2653.83 -4910.07 -4893.21 -2797.79 -770.51 -38.11 -2.71

H5 kWh -0.05 -1.26 -15.05 -298.38 -819.35 -1555.65 -2399.43 -2400.97 -1746.42 -781.6 -53.28 -14.48

H6 kWh

COMBO kWh

H1 kWh

-1000 H2 kWh

-2000 -3000

H3 kWh

-4000 -5000

H4 kWh

-6000 H5 kWh

-7000 -8000

H6 kWh

-9000 e

COMBO kWh

ESCRIBIR OBSERVACIONES La hipótesis 5 también presenta niveles de demanda de refrigeración mucho menores que las anteriores hipótesis. El gráfico de abajo muestra cómo en la demanda decalefacción está por debajo del estandar pasivhaus, algo que no resulta fiable, mientras que los datos de demandas de refrigeración si podrían estar más cerca de la realidad de lo que lo están las otras hipótesis. Al go está fallando.

En este caso resulta interesante el valor expresado en kWh/m2año, ya que es la unidad que se toma como referencia para valorar los edificios sostenibles/pasivos. Para obtener este resultado debemos "estandarizar" el resultado anual de demanda energética.

Demanda calefacción (kWh/m2a) Demanda refrigeración (kWh/m2a)

H1 49.35 95.68

H2 46.80 91.38

H3 49.67 78.69

H4 50.15 55.57

H5 3.75 32.20

COMBO

120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 1

H4 0.97 0.70

H5 0.97 0.70

COMBO

0.00 0.00

Consumo energético https://meet41283548.adobeconnect.com/p7lcfy0tcdw/

Video 18 consumos

Se hace el cálculo dinámico de todas las horas del año y se obtiene el resultado de la energía empleada para calentar y refrigerar los espacios térmicos. De esta manera determinamos la energía final anual consumida para climatizar. Indicar el COP de los equipos COP Sistema de calefacción (kW/kW) COP Sistema de refrigeración (kW/kW)

H1 0.97 0.70

H2 0.97 0.70

H3 0.97 0.70

En este caso, a la hora de exportar el resultado desde DB, "no estandaricen" el resultado por m2 porque queremos saber el consumo absoluto anual. Es un error muy habitual tomar datos "estandarizados" (por m2) y confundirlos por valores "absolutos".

A la derecha: imagen de referencia para hacer la exportación

Consumos anuales (kWh/año)

Aparatos (Electricidad) Iluminación Ventiladores Bombas Calefacción (Gas) Refrigeración (Electricidad) Heat Rejection

3325.86 1218.66 18737.49 0.10 111.70 10833.53 -

3215.89 1170.26 18139.76 0.18 567.55 9912.42 -

3325.86 1342.59 18698.84 0.19 158.72 8932.74 -

3325.86 1218.66 4057.47 0.37 420.66 5929.93 -

10618.65 3894.01 1499.66 2.51 3493.41 11758.02 -

Total Electricidad Total Gas

34115.64 111.70

32438.51 567.55

32300.22 158.72

14532.29 420.66

27772.85 3493.41

Consumos Totales Gas y Electricidad

Consumos desglosados

40000.00

35000.00

40000.00

111.70

567.55

35000.00

158.72

30000.00

25000.00

20000.00

20000.00 34115.64

15000.00

32438.51

32300.22

10833.53

9912.42

8932.74

111.70

567.55

158.72

18737.49

18139.76

18698.84

420.66 15000.00

5929.93

10000.00

420.66

14532.29

4057.47 5000.00

5000.00

1218.66

1170.26

1342.59

1218.66

3325.86

3215.89

3325.86

0.00

0.00 1

2 Series1

3 Series2

Series1

Series2

Series3

Series4

Series5

4 Series6

ESCRIBIR OBSERVACIONES

La Hipotesis 4 es la que, con diferencia, presenta un menor consumo energético. Su mayor ahorro en consumo se debe a que, al realizar la ventilación de manera natural, se están apagando los ventiladores que son los responsables del mayor consumo de la vivienda. Dicha ventilación nocturna, como hemos visto anteriormente hace subir la demanda de calefacción aumentadno el consumo energético, pero, sin embargo, conseguimos reducir el consumo de refrigeración a práctiamente la mitad. El resto de consumos son similares a la hipótesis inicial. La Hipótesis 2 presenta un mayor consumo de calefacción que la hipotesis inicial, algo que puede ser debido a la disminución del área de algunas ventanas debido al aumento del grueso de los cerramientos, pero que en principio, debería ser despreciable y debería producirse un ahorro de consumo de calefacción. Si que se consigue reducir un poco el consumo en refrigeración. El resto de consumos son similares a la hipótesis inicial. La utilización de toldos en verano en la Hipótesis 3 hace que se reduzcan aún más que en la segunda hipótesis los consumos de refrigeración y el consumo en calefacción apenas difiere de la primera hiótesis.El resto de consumos son similares a la hipótesis inicial. De la lectura de dichas gráficas podemos replantearnos la instalación de un sistema de recuperación de calor. por el alto consumo energético que tiene. La eliminación de ventilación mecánica en la Hipótesis 5 ha hecho que se reduzca notablemente el consumo energético.

Coste energético https://meet41283548.adobeconnect.com/p8kfrwz331z/

Video 19 coste

En el resultado de simulación, en pestaña resumen, pueden encontrar fácilmente el coste del consumo energético.

Coste anual del consumo energético Electricidad (€/año) Gas (€/año) Total

H1 6444.23 131.11 6575.34

H2 6155.47 156.29 6311.76

H3 6132.00 133.29 6265.29

H4 3093.04 148.18 3241.22

H5 1990.52 185.38 2175.90

COMBO

8000 6000 4000 2000 0 1

ESCRIBIR OBSERVACIONES Las tres hipótesis de mejora han resultado ser positivas y dan como resultado un menor consum o energético y un menor coste en la facturación de los suministros de luz y gas. Aunque en un principio se pudiera pensar que la Hipótesis 2 de super aislamiento, sería posiblemente la que obtendría un menor consumo y produciría un mayor ahorro económico, no ha sido así, es sin embargo, la Hipotesis 4, ventilación nocturna con la que se ahorraría más. La diferencia es desproporcionada con lo que se dicho resultado debería descartarse, algo ha debido de salir, mal, y el resultado de super aislamiento se desmarca poco de la primera hipótesis, todo el conjunto de resultados hace pensar que algo no ha salido bien, y por tanto, no son datos fiables. CONCLUSIÓN 1: A raiz de la primera vuelta del análisis de los gráficos de las 4 primeras hipótesis surge la necesidad de plantear una quinta aplicando las ventajas que se han visto. Así, se plantea una nueva Hipótesis 5 donde se incrementará el aislamiento allí donde se están produciendo mayores pérdidas o ganancias, es decir, cubierta y suelo sobre terreno. En cuanto a protecciones solares que, en verano son la mayor fuente de ganancias térmicas, y por tanto de consumo energético se estudia la colocación de nuevos aleros verticales y horizontales, algunas protecciones temporales como persianas y toldos según hemos puesto en la hipótesis 3. Se realizará la ventilación natural nocturna, y se eliminará el recuperador de calor sustituyéndo esta maquina y el equipo PTAC por una bomba frío calor inverter. Tras haber planteado la última hipótesis vemos cómo ésta reduce con gran diferencia su factura energética. Ahora, se situa en los márgenes de lo que un chalet de estas características viene consumiendo, aunque aún un poco elevado, y eso a pesar de estar aplicando hipótesis de mejora, por lo que algo debe estar fallando. Las otras hipótesis, en cambio, se disparan y se sitúan fuera de la realidad.

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