Estrategia para los edificios de gasto energético 0 Trabajo final de asignatura Análisis de soluciones pasivas & activas en tres sistemas constructivos
Profesora Eva Crespo Sánchez
Integrantes del equipo Lina Youssef Pavón Roberto Cruz Fuentes
ÍNDICE
1. Descripción volumen estudiado y etapas de análisis a) Edificio y ubicación b) Etapas de estudio 2. Soluciones constructivas estudiadas a) Propiedades y transmitancias térmicas b) Comportamiento en primeras etapas de estudio 3. Soleamiento y tipos protección solar a) Impacto soleamiento según orientación b) Tipos de protección solar 4. Sistemas de ventilación mecánica, producción de ACS y climatización a) Comportamiento de sistemas activos b) Análisis de consumos energéticos 5. Incorporación de placas solares a) Comparativa emisiones con incorporación de Paneles Fotovoltaicos en sistema CTE b) Afectación de sombra en la cubierta producto de colocación de paneles fotovoltaicos (análisis de absortividad) 6. Pasos futuros a investigar y conclusiones
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1.
Descripción volumen estudiado y etapas de análisis a) Edificio y ubicación b) Etapas de estudio
ETAPAS DE ANÁLISIS ETAPA 1: Inicialmente, como punto de referencia, se calcula la demanda del edificio sin ninguna apertura, solamente con las envolventes de cada sistema constructivo a estudiar
ETAPA 2: Comparativa entre aberturas en la fachada Sur frente aberturas fachada Norte. OBJETO DE ESTUDIO Edificio de Planta cuadrada con dimensiones de 20m de ancho, 20m de largo, y 20m de altura. En cuanto al tipo de edificio, lo consideramos como vivienda unifamiliar, a efectos de cálculo con la Herramienta unificada LIDER-CALENER (HULC).
ETAPA 3: Cambio de ventanas de vidrio simple a ventanas de vidrio doble.
ETAPA 4: Incorporación de protección solar estacional. [Valor 0,3]. ETAPA 5: Estudio de varios tipos de protección solar aplicados a la orientación Sur.
ETAPA 6: Incorporación de sistemas de ventilación mecánica, ACS y climatización. DATOS CLIMÁTICOS
ETAPA 7: Variaciones en sistemas de calefacción y sistemas de ACS.
Nuestro edificio se ubica en Barcelona, Cataluña. Zona climática C2, y una altitud de 50m sobre el nivel del mar. ETAPA 8: Incorporación de paneles fotovoltaicos
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2.
Soluciones constructivas estudiadas a) Propiedades y transmitancias térmicas b) Comportamiento en primeras etapas de estudio
Sistema hoja cerámica simple
Sistema hoja cerámica doble (CTE)
Sistema Panel Sandwich
Transmitancia térmica
Transmitancia térmica
Transmitancia térmica
U Fachada = 1,79 W/m2k
U Fachada = 0,44 W/m2k
U Fachada = 0,35 W/m2k
U Cubierta = 1,86 W/m2k
U Cubierta = 0,42 W/m2k
U Cubierta = 2,15 W/m2k
U Forjado = 1,92 W/m2k
U Forjado = 0,56 W/m2k
U Forjado = 5,06 W/m2k
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2.
Soluciones constructivas estudiadas a) Propiedades y transmitancias térmicas b) Comportamiento en primeras etapas de estudio
ETAPA 1: Inicialmente, como punto de referencia, se calcula la demanda del edificio sin ninguna apertura, solamente con las envolventes de cada sistema constructivo a estudiar. ETAPA 2: Comparativa entre aberturas en la fachada Sur frente aberturas fachada Norte. ETAPA 3: Cambio de ventanas de vidrio simple a ventanas de vidrio doble. ETAPA 4: Incorporación de protección solar estacional. [Valor 0,3].
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Transmitancia térmica
Transmitancia térmica
Transmitancia térmica
U Fachada = 1,79 W/m2k
U Fachada = 0,44 W/m2k
U Fachada = 0,35 W/m2k
U Cubierta = 1,86 W/m2k
U Cubierta = 0,42 W/m2k
U Cubierta = 2,15 W/m2k
U Forjado = 1,92 W/m2k
U Forjado = 0,56 W/m2k
U Forjado = 5,06 W/m2k
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2.
Soluciones constructivas estudiadas a) Propiedades y transmitancias térmicas b) Comportamiento en primeras etapas de estudio
ORIENTACIÓN En cuanto a orientación de aberturas, la orientación más favorable en este caso resulta ser la de abrir ventanas en la fachada Sur del edificio. La ventana a Sur es favorable en esta situación ya que la carga más influyente es la carga de calefacción, por lo tanto, a mayor ganancias de calor en el edificio, menor demanda anual. TIPO DE ACRISTALAMIENTO Vemos una mejora importante al pasar de vidrios simples, a vidrios dobles. PROTECCIÓN SOLAR ESTACIONAL Se percibe una mejora en ambas orientaciones al añadir este tipo de protección solar. Para el cálculo se este dato, se considera la colocación de un estor translúcido, que se cierra en los meses de verano. Transmitancia térmica U Fachada = 1,79 W/m2k U Cubierta = 1,86 W/m2k U Forjado = 1,92 W/m2k
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3.
Soleamiento y tipos protección solar a) Impacto soleamiento según orientación b) Tipos de protección solar
ETAPA 6.1 - Mejoras en sistema de hoja cerámica simple y sistema panel sandwich En esta etapa de estudio empezamos por mejorar las calidades térmicas de los sitemas de hoja cerámica simple y el sistema de panel sandwich. MEJORA SISTEMA HOJA CERÁMICA SIMPLE_ Incorporación de aislamiento térmico de lana de roca de 10cm de espesor, por el exterior de la hoja cerámica en fachada, creando una fachada de tipo SATE. Reduciendo el valor de transmitancia térmica de 1,79 W/m2k a 0,33 W/m2k. Incorporación de aislamiento térmico de poliestireno expandido en cubierta, de 10cm de espesor. También se añade una capa de grava de 6cm de espesor. Reduciendo el valor de transmitancia térmica de 1,92 W/m2k a 0,31 W/m2k.
MEJORA SISTEMA PANEL SANDWICH_ En este caso solo se aplica una mejora a la cubierta, donde se añade aislamiento térmico de poliestireno expandido, de 10cm de espesor. También se añade una capa de grava de 6cm de espesor. Reduciendo el valor de transmitancia térmica de 2,15 W/m2k a 0,32 W/m2k. ETAPA 6.2 - Ventanas con vidrios dobles en el 50% de la fachada Sur Los tres sistemas constructivos presentan una tendencia similar. El sistema más favorable en cuanto a demanda anual, resulta ser el sistema de hoja cerámica simple, el sistema con el menor valor de Transmitancia térmica en cuanto a cubierta y fachadas.
Transmitancia térmica
Transmitancia térmica
Transmitancia térmica
U Fachada = 0,33 W/m2k
U Fachada = 0,44 W/m2k
U Fachada = 0,35 W/m2k
U Cubierta = 0,31 W/m2k
U Cubierta = 0,42 W/m2k
U Cubierta = 0,32 W/m2k
U Forjado = 1,92 W/m2k
U Forjado = 0,56 W/m2k
U Forjado = 5,06 W/m2k
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3.
Soleamiento y tipos protección solar a) Impacto soleamiento según orientación b) Tipos de protección solar
En los tres sistemas constructivos, observamos una tendencia parecida, aunque en diferentes escalas. El salto más significante en cuanto a demanda de calefacción se encuentra al abrir ventanas en la orientación Sur, reduciendo en mayor medida esta demanda. Mientras que el salto más significativo en refrigeración, se encuentra al orientar la ventana a Oeste, siendo el salto más desfavorable en esta demanda anual.
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3.
Soleamiento y tipos protección solar a) Impacto soleamiento según orientación b) Tipos de protección solar
En este caso contrastamos el impacto de la utilización de elementos de protección solar en las fachadas Sur y Oeste. En ambas fachadas, la tendencia en cuanto a la demanda de calefacción es similar, aunque los saltos en la demanda de refrigeración son más pronunciados al abrir la ventana en la fachada oeste. Concluimos que la incidencia solar tiene mayor impacto sobre esta orientación, observando como el impacto de añadir la protección solar estacional en la fachada Oeste tiene un impacto significante sobre la demanda.
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Cuando se incorporan sistemas activos, aún y cuando hay variaciones entre ellos, la principal estrategia que se evidencia en todos los sistemas constructivos es el incluir el recuperador de calor. Al conocer la energía final necesaria para nuestro edificio, se pueden incorporar elementos de generación de energía renovable para reducir la energía primaria resultante.
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Simbología Unidades= kWh/m2 año EF= Energía Final EP= Energía Primaria Total EPnr= EPno renovable ECO2= Emiciones CO2
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Comparativa emisiones con incorporación de Paneles Fotovoltaicos en sistema CTE
La flecha verde refleja la diferencia entre energía primaria y energía final.
Cubierta 45%
Cubierta 100%
42 Paneles
99 Paneles
Al colocar el 45% de cubierta con paneles se alcanza casi el punto de autoconsumo, al colocar el 100% de ella, se sobrepasa el autoconsumo. Por lo tanto, el punto de inflexión está entre 42 paneles y 99 paneles para no depender del consumo eléctrico externo.
Sistema sin paneles
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Afectación de sombra en la cubierta producto de colocación de paneles fotovoltaicos Cubierta 0%
Cubierta 100%
0 Paneles
99 Paneles
Absortividad 0.60
Absortividad 0.96
Al colocar los paneles fotovoltaicos sobre la cubierta, éstos generan una sombra, la cual afecta la absortividad de la cubierta por lo que los cálculos pueden verse afectados. Se trabajó una propuesta cambiando el color de la cubierta en el HULC de blanco a negro. Con esto el indicador de absortividad creció hasta el 0.96. Con esto se puede comprobar que una cubierta negra funcionará major que una blanca, ya que reducirá en mayor medida la demanda de calefacción [ aún y cuando aumenta la demanda en refrigeración, la relación es menor]. Sin embargo, los cálculos obtenidos del HULC, no son prescisamente correctos, ya que el programa interpreta que la cubierta absorverá más luz al ser obscura, no obstante, no considera que los paneles están bloqueando dicha luz, por lo que en realidad la cubierta no podrá ser beneficiada en su totalidad de esta relación.
Simbología Unidades= kWh/m2 año EF= Energía Final EP= Energía Primaria Total EPnr= EPno renovable ECO2= Emiciones CO2
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Pasos futuros a investigar
Comparativa de afectación cuando se tienen edificios circundantes
Análisis de calor producido por electrodomésticos
Análisis de beneficio / afectación de la ventilación cruzada
Conclusiones
- En las fases iniciales el sistema de doble hoja cerámica ( sistema tradicional descrito por el CTE) muestra los menores valores de demanda. Al estar situado el edificio en Barcelona esperado el resultado, ya que es el sistema predilecto por el reglamento constructivo de la región. - A menor valor de transmitancia térmica (U) en las envolventes menores valores de demanda presenta el edificio. - La fachada más influyente en valores de demanda de calefacción es la sur, cuanto más grande la apertura del vano en fachada, menor será la demanda de calefacción. En contraste, la fachada más problemática en demanda de refrigeración es la Oeste. Adicional, el añadir un elemento de protección solar estacional como un screen, siempre será favorable ya que se puede controlar la incidencia solar según las necesidades del edificio. - Al incorporar sistemas de generación de energía renovables, la energía primaria total y la energía final se pueden llegar a igualar. - La orientación es un factor determinante para el control y reducción del gasto energético de los edificios de una forma pasiva.
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