ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN Motivación del proyecto Antecedentes Objetivos Contenidos del proyecto...

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1 1 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN Motivación del proyecto Antecedentes Objetivos Contenidos del proyecto ANÁLISIS DE LA DEMANDA DE ENERGÍA EN LAS VIVIENDAS Análisis del consumo de energía por sectores Análisis del consumo de energía en viviendas Distribución del consumo Análisis del consumo eléctrico Consumo de energía en calefacción Estimación del consumo de energía necesaria para acondicionar el ACS Consumo de energía para aire acondicionado CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS Y NORMAS BASICAS PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN EDIFICIOS Generalidades Descripción de los edificios Características Constructivas Código técnico de la edificación Características de los materiales de construcción Iluminación Aire acondicionado...46

2 2 3.6 Instalaciones eléctricas Sistemas de control AGUA CALIENTE SANITARIA Energía solar Características del Sol El sol: fuente inagotable de energía Movimiento aparente del Sol Radiación solar Principio de funcionamiento de un colector solar térmico Características principales Calculo del rendimiento de un colector solar Funcionamiento de la instalación de ACS con energía solar Diseño de la instalación Ángulo de inclinación de los paneles Descripción de los paneles elegidos para la instalación Cálculo del número de paneles que podemos colocar en la superficie disponible: Cálculo del rendimiento para cada mes Cálculo del número de paneles necesarios para cubrir la demanda en el mes con más radiación (Julio): Elementos de la instalación Estimación de la energía obtenida de los paneles solares térmicos Cálculo de la energía obtenida si se colocan los paneles necesarios para cubrir la demanda del mes de Julio Cálculo de la energía obtenida si se colocan paneles en toda la superficie disponible....81

3 3 4.6 Código técnico de la edificación. Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN Dimensionado de la instalación Estimación de la energía consumida en calefacción Método 1: Cálculo de la energía consumida basándose en las condiciones climáticas Cálculo del coeficiente de pérdidas térmicas Estimación de los incrementos de temperatura Estimación de la energía consumida por día en una vivienda tipo Método 2: Cálculo de la energía consumida en el año mediante el software de URALITA Estimación de las dimensiones optimas de la central de cogeneración y de los equipos de apoyo Cálculo y diseño de la instalación Cálculo de radiadores Cálculo bomba AIRE ACONDICIONADO. CICLO DE ABSORCIÓN Introducción Descripción del ciclo de absorción Fluidos de trabajo Ciclo de simple efecto Necesidades frigoríficas Estimación de la energía consumida en refrigeración Diseño de la instalación Máquina de absorción

4 Unidades fan coil Coste de la instalación ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE GENERACIÓN Demanda total estimada Calor total demandado Equipos de generación Dimensiones de los equipos de acumulación Valoración de resultados INSTALACIÓN ELÉCTRICA Esquema unifilar de la instalación Características de los equipos Cálculo y elección de los conductores Cálculo de conductores para bombas del circuito solar. (Consumos monofásicos) Calculo de los conductores para las bombas del circuito de calefacción y para la máquina de absorción. (Consumos trifásicos) Canalizaciones Canalizaciones para conductores de las bombas del circuito solar. (Consumos monofásicos) Canalizaciones para conductores para las bombas del circuito de calefacción y para la máquina de absorción. (Consumos trifásicos) Protecciones Cálculo de la intensidad de cortocircuito en el punto de conexión Protecciones para bombas del circuito solar. (Consumos monofásicos) Protecciones para bombas del circuito de calefacción y para la máquina de absorción. (Consumos trifásicos)...140

5 5 9. PRESUPUESTO Precios unitarios Precios parciales Parcial calefacción Parcial instalación solar térmica Parcial aire acondicionado Parcial instalación eléctrica Precio total ANÁLISIS ECONÓMICO Evaluación de emisiones de gases efecto invernadero evitados. (GEI) Criterios del análisis económico Análisis de la inversión inicial Análisis de los ahorros anuales por operación CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Libros empleados en el proyecto Páginas web consultadas para la elaboración del proyecto ANEXOS ANEXO I: Catálogo de características técnicas de los paneles solares térmicos. SOL 25 PLUS. STIEBEL ELTRON ANEXO II: Acumuladores de ACS. SBB 600 E SOL. ESTIEBEL ELTRON ANEXO III: Catálogo de características técnicas de radiadores, modelo CALIDOR FONDITAL ANEXO IV: Características técnicas bombas instalación de calefacción. DAB ANEXO V: Catálogo técnico máquina de absorción. Modelo ABSC. TRANE...176

6 6 ANEXO VI: Catálogo técnico Fan Coil. Serie MUE WE. MUNDO CLIMA ANEXO VII: Temperatura media del agua de la red general, en ºC (Fuente: CENSOLAR) ANEXO VIII: Tabla de zonas climáticas ANEXO IX: Plano del barrio Jarama de Coslada ANEXO X: Esquema instalación, Esquema colocación placas solares térmicas en planta y alzado.. 187

7 7 INDICE DE FIGURAS Figura 2. 1 Principales sectores consumidores de energía...21 Figura 2. 2 Distribución del consumo de energía en una vivienda Figura 2. 3 Consumo eléctrico...23 Figura 2. 4 Consumo por hogar a tarifa 2.0 en verano...26 Figura 2. 5 Consumo por hogar a tarifa 2.0 en primavera Figura 2. 6 Consumo por hogar a tarifa 2.0 en invierno Figura 2. 7 Perfil de consumo de energía para aire acondicionado en una vivienda Figura 2. 8 Perfil de utilización del aire acondicionado en los hogares...36 Figura 3. 1 Planta del edificio Figura 4. 1 Radiación solar en cada mes sobre la tierra...56 Figura 4. 2 Posición relativa entre el sol y la tierra...57 Figura 4. 3 Ángulos que determinan la posición solar...58 Figura 4. 4 Mapa de trayectorias para latitud 40,5º Figura 4. 5 Radiación solar Figura 4. 6 Tipos de radiación solar...61 Figura 4. 7 Ángulo de poción para cada día del año...62 Figura 4. 8 Ángulos de posición del sol y del panel solar...63 Figura 4. 9 Energía por unidad de superficie en cada mes para distintas inclinaciones del panel para la latitud 40, Figura Partes principales de un colector solar...65 Figura Partes del colector solar...65 Figura Rendimiento colector solar,...67

8 8 Figura Esquema de funcionamiento de la instalación...69 Figura Esquema de distribución del ACS...70 Figura Curvas de eficiencia de los paneles solares Figura Esquema separación entre paneles...73 Figura Curvas de eficiencia de los paneles solares Figura 5. 1 Energía consumida en Noviembre (kwh) en una vivienda...91 Figura 5. 2 Energía consumida en Diciembre en una vivienda (kwh) Figura 5. 3 Energía consumida en Enero en una vivienda (kwh) Figura 5. 4 Energía consumida en Febrero en una vivienda (kwh)...92 Figura 5. 5 Energía consumida en Marzo en una vivienda (kwh)...93 Figura 5. 6 Energía consumida por los dos edificios en Noviembre (kwh) Figura 5. 7 Energía consumida por los dos edificios en Diciembre (kwh) Figura 5. 8 Energía consumida por los dos edificios en Enero (kwh) Figura 5. 9 Energía consumida por los dos edificios en Febrero (kwh) Figura Energía consumida por los dos edificios en Febrero (kwh) Figura Energía consumida en invierno (noviembre marzo) por los dos edificios (kwh) Figura 6. 1 Ciclo de absorción Figura 6. 2 Esquema ciclo de simple efecto Figura 7. 1 Demanda de energía al día para climatización en una vivienda (kwh/día) Figura 7. 2 Energía consumida al día por los dos edificios (kwh/día)...122

9 9 Figura 7. 3 Necesidades de calor netas. (kwh/día) para los dos edificios Figura 7. 4 Perfil de temperaturas del día más frío Figura 7. 5 Energía consumida cada hora por los dos edificios (kwh) Figura 8. 1 Esquema instalación eléctrica, Figura 8. 2 Esquema de impedancias...139

10 10 INDICE DE TABLAS Tabla 2. 1 Distribución de la vivienda Tabla 2. 2 Energía consumida al año por una vivienda Tabla 2. 3 Consumo por hogar a tarifa 2.0 en verano...27 Tabla 2. 4 Consumo por hogar a tarifa 2.0 en primavera...29 Tabla 2. 5 Consumo por hogar a tarifa 2.0 en invierno...31 Tabla 2. 6 Energía necesaria para calentar el agua consumida por una persona al día en cada mes...34 Tabla 2. 7 Energía necesaria para calentar el agua consumida por vivienda al día en cada mes...34 Tabla 2. 8 Energía necesaria para calentar el agua consumida en los dos edificios por día en cada mes Tabla 3. 1 Transmitancia térmica máxima de cerramientos y particiones interiores de la envolvente térmica Tabla 3. 2 Transmitancia límite para la zona climática D Tabla 4. 1 Radiación media diaria sobre superficies inclinadas Tabla 4. 2 Temperatura del colector, temperatura ambiente media, rendimiento del colector...75 Tabla 4. 3 Energía necesaria y obtenida con el número de paneles necesarios para cubrir la demanda del mes con más radiación...79 Tabla 4. 4 Energía que se debe aportar por otra fuente externa para cubrir toda la demanda de ACS...80 Tabla 4. 5 Energía neta, colocando paneles en toda la superficie disponible....82

11 11 Tabla 5. 1 Potencia térmica transferida máxima por vivienda...86 Tabla 5. 2 Coeficientes de pérdidas térmicas por vivienda...87 Tabla 5. 3 Temperatura media de cada día Tabla 5. 4 Energía consumida por día (kwh) en una vivienda...90 Tabla 5. 5 Resumen datos consumo por vivienda método: Constantes de conductividad térmica (kwh) Tabla 5. 6 Resumen datos consumo de los dos bloques, Método Constantes de conductividad térmica (kwh)...94 Tabla 5. 7 Energía consumida en una vivienda al mes (kwh) Tabla 5. 8 Energía consumida por una vivienda media y energía total consumida por los dos edificios (kwh) Tabla 5. 9 Energía consumida en un día medio de cada mes en una vivienda. Comparación de dos métodos Tabla Comparación de la energía consumida al año en calefacción Tabla Energía consumida por los dos edificios cada día (kwh) Tabla Energía media consumida en un día por los dos edificios. (kwh) Tabla Energía media consumida en un día de invierno por los dos edificios. (kwh) Tabla Factores de corrección para potencia disipada por cada elemento Tabla Distribución de radiadores y número de elementos de cada uno Tabla 6. 1 Necesidades frigoríficas de una vivienda Tabla 6. 2 Necesidades de potencia frigoríficas total de los dos edificios Tabla 6. 3 Energía consumida por una vivienda en cada mes (kwh) Tabla 6. 4 Energía consumida en refrigeración por una vivienda media y por los dos edificios al mes (kwh)

12 12 Tabla 6. 5 Energía consumida por los dos edificios (kwh/día) Tabla 7. 1 Necesidades térmicas de una vivienda al día Tabla 7. 2 Necesidades térmicas de los dos edificios Tabla 7. 3 Necesidades netas de calor de los dos edificios (kwh/día) Tabla 7. 4 Temperatura media en cada hora del día más frío Tabla 7. 5 Energía necesaria en cada hora por los dos edificios Tabla 7. 6 Exceso de calor (kwh) en el día más frío si los equipos funcionan a una potencia constante Tabla 7. 7 Temperatura del agua del depósito y caudal por el serpentín de intercambio

13 CAPÍTULO 1. 13

14 14 1. INTRODUCCIÓN. 1.1 Motivación del proyecto. En la sociedad actual la energía es imprescindible y garantiza nuestro progreso y bienestar social; pero su uso indiscriminado tiene repercusiones medioambientales indeseables. Es necesario reducir su consumo y aumentar la eficiencia de los equipos que se utilizan; Otra alternativa es el empleo de energías renovables, siendo estas a las que se puede recurrir de forma permanente por que son inagotables: por ejemplo el sol, el agua o el viento. Debido a que los consumidores domésticos son responsables del 15% del consumo total de energía del país, centraremos el desarrollo del proyecto en estudiar la forma de mejorar la eficiencia de los equipos que proporcionen la energía a estos consumidores y/o disminuir en la medida de lo posible este consumo. Para esbozar las soluciones básicas a adoptar se debe conocer el problema en su real dimensión, esto es la cantidad y características de los consumos y los ahorros que se pueden obtener. Para ello, hay que medir con datos objetivos y significativos los procesos energéticos que se producen, para determinar dónde es posible y conveniente su aplicación y establecer un diagnóstico energético con las soluciones a aplicar, para determinar con precisión el grado de eficiencia que se requiere. De esa manera, es necesario la identificación del consumo energético, que puede definirse como la respuesta a la pregunta de cómo, dónde y cuanta energía es empleada o desperdiciada y para ello, además del análisis del consumo eléctrico se requieren los perfiles energéticos, para establecer las áreas potenciales de ahorro de energía. Para el análisis del ahorro a producir, es conveniente poner en práctica ciertas premisas básicas recordando que el objetivo no es dejar de emplear los equipos eléctricos sino utilizarlos eficientemente y el primer aspecto a considerar es la determinación de la energía se consume en la vivienda, dónde y cómo se utiliza y cual es el coste que representa.

15 Antecedentes. La energía consumida en las viviendas, se reparte en un 20% estrictamente eléctrico, esto son los consumos de electrodomésticos e iluminación. El 80% de la energía restante se consumo en forma de calor / frío, es decir son necesidades térmicas; estas necesidades son calefacción, agua caliente sanitaria, aire acondicionado y las necesidades térmicas de electrodomésticos cómo lavadora y lavavajillas. En muchas ocasiones la producción de energía térmica en las viviendas se realiza a partir de electricidad. La energía eléctrica que se consume en España tiene su origen en una 34 % de energías renovables (hidráulicas, solar, eólica,.) el 66% restante proviene de centrales térmicas. El rendimiento de las centrales térmicas se encuentra entre el %. Este rendimiento de entre el % indica que de la energía primaria sólo del 35 al 40% es transformado en energía eléctrica y entre el % es energía térmica que es evacuada al ambiente. Si realizamos una pequeña reflexión tomaremos conciencia de la magnitud e importancia del calor que es desaprovechado. Por cada 1 kwh de energía eléctrica que se produce en una central, se disipan a la atmósfera 1,5 kwh térmicos y se han consumido 2,5 kwh de energía primaria. Dada la ubicación de las centrales térmicas, resulta imposible poder aprovechar este calor residual. La única forma para poder aprovecharlo es producir la energía eléctrica en los lugares cercanos al consumo. Con la cogeneración, además de aumentar la eficiencia total el sistema, puesto que se aprovecha un mayor porcentaje de la energía primaría, también aporta ventajas al sistema eléctrico, disminuye las pérdidas e el transporte y disminuye las necesidades de transporte que en la actualidad están suponiendo un cuello de botella para el sistema.

16 Objetivos Objetivos generales. El principal objetivo del proyecto es producir energía eléctrica en lugares lo más próximo posible a las zonas en las que se realice el consumo de energía, de esta forma se podrá utilizar gran parte del calor residual de las centrales. Este calor será empleado en satisfacer las necesidades térmicas en las viviendas; estas necesidades son de calor (calefacción y agua caliente sanitaria), y frío (refrigeración de las viviendas en las épocas más calidas). El sistema de generación empleado será un ciclo de cogeneración. Además se instalará una caldera como equipo de apoyo. Otro aporte de energía térmica para las necesidades de agua caliente sanitaria se obtendrá de placas solares térmicas. Estos equipos se dimensionarán para cubrir las necesidades térmicas de dos edificios. Estos edificios se destinarán a viviendas, cada uno tendrá cinco plantas, en cada planta cuatro viviendas con aproximadamente 90m 2 cada una Objetivos específicos del proyecto. El principal objetivo del proyecto es la distribución de la energía térmica desde el lugar de producción (central de cogeneración) al de consumo (viviendas). Otro objetivo del proyecto es la obtención de energía térmica de energías renovables, esto se realizará mediante colectores solares térmicos, la energía obtenida de este sistema se empleará en cubrir en la medida de lo posible las necesidades de agua caliente sanitaria. Todas las instalaciones serán dimensionadas conforme a la demanda que se prevea en las viviendas, para ello una parte importante del proyecto es el estudio de la energía demandada en cada tipo de necesidad y la potencia requerida para cubrir dicha necesidad. No toda energía térmica demandada en las viviendas es en forma de calor, en las época de mayor calor es necesaria la refrigeración de las viviendas. La energía que se

17 17 dispone es el calor que se obtendrá de la central de cogeneración, a partir de este calor mediante un equipo de absorción se producirá el agua fría necesaria para garantizar las condiciones de confort en verano. A todo este sistema de generación y distribución se le denomina district heating and cooling. 1.4 Contenidos del proyecto. Capitulo 2. ANÁLISIS DE LA DEMANDA DE ENERGÍA EN LAS VIVIENDAS. En este capitulo se detallan los distintos consumos de energía en una vivienda y las características de los mismos, especialmente en qué proporción se distribuyen. El análisis de consumos domésticos se ha realizado a partir de datos reales y estadísticos. Una vez identificados los principales consumos, en los siguientes capítulos se estudia la forma de cubrir estas necesidades de la forma más eficiente. Capitulo 3. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS Y NORMAS BASICAS PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN EDIFICIOS. Este capítulo contiene un conjunto de instrucciones para disminuir lo máximo posible el consumo de energía en los hogares. También incluye una relación de materiales de construcción adecuados para la construcción de los edificios. Estos materiales se han elegido cumpliendo los requisitos mínimos del CTE y en los casos que ha sido posible mejorando las características. Este punto es muy importante, puesto que unos adecuados materiales de construcción disminuyen enormemente las pérdidas térmicas y por tanto se consiguen grandes ahorros en climatización.

18 18 Capítulo 4. AGUA CALIENTE SANITARIA. En este capitulo se analiza el consumo de agua caliente sanitaria (ACS) y se propone un sistema de colectores solares térmicos para cubrir en la medida de lo posible esta necesidad. También incluye el diseño de todos los elementos de la instalación de los colectores solares térmicos. Capítulo 5. INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN. En esta parte se estudian las necesidades de energía para calefacción, este estudio se ha realizado calculando las pérdidas de calor que se producen por la conductividad de los materiales de construcción en función de las condiciones climáticas exteriores e interiores, los resultados obtenidos por este método de calculo han sido contrastados con simulaciones del consumo de energía mediante software ofrecido por REPSOL y URALITA en sus respectivas páginas Web. Este capítulo también incluye el diseño de los elementos de la instalación de calefacción y los elementos de distribución del calor en las viviendas. Capítulo 6. AIRE ACONDICIONADO. CICLO DE ABSORCIÓN. Las necesidades frigoríficas serán cubiertas con una máquina de absorción, en este capítulo se detallan las principales características de estos equipos y su principio de funcionamiento. En este capítulo se estima la energía necesaria para la refrigeración de las viviendas. Se diseña la potencia requerida para cubrir esta necesidad. También se incluye una selección de los elementos que distribuirán el frío en las viviendas, estos se han diseñado dependiendo de las necesidades frigoríficas de cada habitación de la vivienda.

19 19 Capítulo 7. ESTUDIO DE LOS SISTEMAS DE GENERACIÓN. En este capítulo se incluye un resumen de la energía total consumida a lo largo del año, para ello se ha echo un balance con la energía que se obtiene de las placas solares térmicas obteniendo finalmente una estimación del calor que deberá producir la central de cogeneración cada día. También se incluye un estudio de la posibilidad de acumular energía térmica para mantener la producción a una potencia constante. Capitulo 8. INSTALACIÓN ELÉCTRICA. Diseño de la instalación eléctrica de los elementos de las instalaciones de calefacción, solar térmica y ciclo absorción. Capítulo 9. PRESUPUESTO. Coste de los materiales y equipos necesarios para las instalaciones y estimación del coste de la mano de obra.

20 CAPÍTULO 2. 20

21 21 2. ANÁLISIS DE LA DEMANDA DE ENERGÍA EN LAS VIVIENDAS. 2.1 Análisis del consumo de energía por sectores. Los principales sectores consumidores de energía son: transporte, industria, los hogares, el sector terciario y por último el agrícola. El sector de los consumos domésticos es el tercer consumidor más importante, consumiendo aproximadamente un 15% de la energía total producida. Es importante señalar que este sector presenta una tendencia al alza. Cómo se distribuye el consumo de energía y la tendencia de cada sector queda representado en Figura Figura 2. 1 Principales sectores consumidores de energía.

22 Análisis del consumo de energía en viviendas Distribución del consumo. Para poder abastecer la demanda de energía en una vivienda es imprescindible identificar en que forma es consumida la energía. La Figura 2. 2 muestra como se reparte el consumo de energía. Figura 2. 2 Distribución del consumo de energía en una vivienda. Cabe destacar que aproximadamente un 66% del consumo de energía se produce en forma de calor, y el 34% restante es un consumo estrictamente eléctrico Análisis del consumo eléctrico. En la Figura 2. 3 se puede ver cómo está distribuido el consumo de energía eléctrica. Esta imagen muestra los consumos en porcentaje, los valores absolutos del consumo de algunos de estos electrodomésticos es el siguiente: Lavadora (Clase A) 0,687 kwh/día Lavavajillas (Clase A) 1,375 kwh/día

23 23 Figura 2. 3 Consumo eléctrico Consumo de energía en calefacción Análisis del consumo de energía para calefacción según dimensiones y orientación. El análisis de consumos de calefacción se ha realizado con un software de simulación de REPSOL.

24 24 Para el estudio suponemos un modelo de vivienda tipo: La vivienda está localizada en el municipio de Coslada, provincia de Madrid. La altitud de este municipio es de 621 m sobre el nivel del mar. Para estimar el consumo de energía en la vivienda suponemos unos hábitos de sus ocupantes, la vivienda estará habitualmente habitada por 4 personas. Para el cálculo de los consumos en la vivienda suponemos unas dimensiones para cada dependencia de la vivienda, para cada dependencia suponemos también los m 2 de ventana en cada dependencia. Las dimensiones elegidas son las siguientes: Dimensión (m 2 ) Cristales (m 2 ) Recibidor 3 0 Pasillo 4 0 Cocina 10 1 Salón 30 3 Dormitorio ,3 Dormitorio ,3 Dormitorio ,3 Aseo 3 0 Cuarto de Baño 5 1 Tabla 2. 1 Distribución de la vivienda. Para el análisis del consumo supondremos que la vivienda está ubicada en distintas disposiciones dentro del edificio, no es lo mismo el consumo de calefacción si está ubicada en la planta baja o en la superior que si está en las plantas centrales. esta. Otro factor a tener en cuenta es la orientación, el consumo varía en función de Como en este proyecto se suministrará calefacción a todas las viviendas del edificio para hacer el estudio previo suponemos que estamos en un caso de calefacción central en el edificio. El consumo por vivienda también depende si el resto de casas tienen calefacción o si esta es del tipo calefacción central. Los resultados de las simulaciones son los siguientes:

25 25 Norte (kwh) Norte-Este (kwh) Otras (kwh) Planta superior o inferior , , ,71 Planta intermedia 9.836, , ,11 Tabla 2. 2 Energía consumida al año por una vivienda Estimación de la energía consumida en calefacción a partir del análisis de las curvas de consumo de la tarifa nocturna. El consumo de energía eléctrica no es uniforme a lo largo del día, sino que existe una demanda máxima en determinadas horas diurnas, llamadas horas punta, y una mínima durante la noche, en las denominadas horas valle. La producción de energía eléctrica se ajusta en todo momento a la demanda, por lo cual las instalaciones que componen el sistema eléctrico (generación, transporte y distribución) han de estar preparadas para atender la demanda punta en cualquier instante, independientemente de que se produzca o no. Con el fin de aprovechar eficazmente el sistema eléctrico, interesa limitar o reducir las puntas de demanda mediante un trasvase del consumo diurno a la noche, y para fomentarlo existe una modalidad de tarifa eléctrica, denominada Tarifa Nocturna. La principal ventaja que ofrece es un descuento del 55% en el precio de la energía eléctrica durante las 8 horas nocturnas, mientras que el precio en las horas diurnas experimenta un ligero recargo del 3%. Aunque hay electrodomésticos que funcionan o pueden funcionar durante la noche, este tipo de tarifa aporta grandes ventajas a los usuarios que disponen de calefacción y /o agua caliente eléctricas, en estos casos se instalan acumuladores que se cargan durante las horas de tarifa reducida y disipan el calor necesario para calentar la vivienda el resto de horas del día, el modo de funcionamiento para el agua caliente sanitaria es análogo. Para obtener el consumo de calefacción compararemos las curvas de consumo de energía eléctrica entre invierno, primavera y verano de una vivienda que esté conectado a la tarifa eléctrica 2.0N.

26 26 Las gráficas y datos sobre consumos a tarifa 2.0N han sido tomadas del proyecto final de carrera de Ramiro Fernández. Consumo residencial por hogar a tarifa 2.0 N en verano 1,25 1 kwh 0,75 0,5 0, Hora Laborables Sábados Festivos Figura 2. 4 Consumo por hogar a tarifa 2.0 en verano.

27 27 Consumo residencial por hogar en kwh a tarifa 2.0 N en verano Hora Laborables Sábados Festivos Consumo Varianza Consumo Varianza Consumo Varianza , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Tabla 2. 3 Consumo por hogar a tarifa 2.0 en verano.

28 28 Consumo residencial por hogar a tarifa 2.0 N en primavera 2,5 2 kwh 1,5 1 0, Hora Laborables Sábados Festivos Figura 2. 5 Consumo por hogar a tarifa 2.0 en primavera.

29 29 Consumo residencial por hogar en kwh a tarifa 2.0 N en primavera Hora Laborables Sábados Festivos Consumo Varianza Consumo Varianza Consumo Varianza , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Tabla 2. 4 Consumo por hogar a tarifa 2.0 en primavera.

30 30 Consumo residencial por hogar a tarifa 2.0 N en invierno kwh 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Horas Laborables Sabados Festivos Figura 2. 6 Consumo por hogar a tarifa 2.0 en invierno.

31 31 Consumo residencial por hogar en kwh a tarifa 2.0 N en invierno. Hora Laborables Sábados Festivos Consumo Varianza Consumo Varianza Consumo Varianza , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Tabla 2. 5 Consumo por hogar a tarifa 2.0 en invierno. Analizando y comparando estas gráficas se puede llega a las siguientes conclusiones: Se supone que el consumo en verano durante las horas nocturnas corresponde a servicios básicos de la vivienda, como por ejemplo el frigorífico.

32 32 Por tanto podemos considerar que este consumo se produce en igual medida en las demás estaciones. Por las características de la tarifa nocturna es conocido que todo el consumo de energía para calefacción se produce en las horas de menor tarifa. Si sumamos la energía consumida en un día de invierno entre las 0:00 h y las 8.00h y a este valor de energía se le resta la energía consumida por servicios básicos, (la obtenida en las mismas horas de un día de verano) se obtiene la energía consumida para calefacción durante dicho día. Aplicando dicho razonamiento se obtienen los siguientes valores de energía para tres días tipo. Invierno 26,4 kwh/dia Primavera 14 kwh/dia Verano 0 kwh/dia. Estos valores de energía son estimativos, se han obtenido a partir de mediciones en un nudo de clientes con tarifa 2.0N. Los consumos en una vivienda dependen totalmente de las dimensiones de la misma, los usos de esta, de las características de los materiales de construcción, orientación, etc. Al tomar los datos de un nudo de consumo, en este incurren muchos consumidores, con características probablemente muy distintas, esto provoca que los datos no sean iguales a los consumos que se vayan a producir en otras viviendas, pero si son útiles para conocer el orden de magnitud de los mismos. Otra observación importante para evaluar estos datos es que, además de las características antes detalladas, estarán afectados por un factor de simultaneidad, este factor hará que la energía media disminuya, y por tanto no se puedan comparar estos datos con el consumo que se produciría si se estudiara una única vivienda Estimación del consumo de energía necesaria para acondicionar el ACS. Para estimar la energía requerida para abastecer ACS en las condiciones necesarias para el consumo, en primer lugar hay que definir dichas necesidades.

33 33 Se estima que el consumo de agua caliente por persona y día es de 45 l a 45 ºC. Otro requisito es conocer las condiciones del agua antes de aportarle ningún calor. Estas condiciones se encuentran tabuladas para cada ciudad. La temperatura media a la que se encuentra el agua en la red de distribución en Madrid para cada mes: T agua red Enero 6 Febrero 7 Marzo 9 Abril 11 Mayo 12 Junio 13 Julio 14 Agosto 13 Septiembre 12 Octubre 11 Noviembre 9 Diciembre 6 Aplicando la ecuación (0.1) se puede calcular la energía necesaria por persona y día en cada mes. E = ρic i ΔT (0.1) P mes. Energía necesaria para calentar el agua consumida por una persona y día en cada

34 34 E (kwh) Enero 2,0358 Febrero 1,9836 Marzo 1,8792 Abril 1,7748 Mayo 1,7226 Junio 1,6704 Julio 1,6182 Agosto 1,6704 Septiembre 1,7226 Octubre 1,7748 Noviembre 1,8792 Diciembre 2,0358 Tabla 2. 6 Energía necesaria para calentar el agua consumida por una persona al día en cada mes. Cada vivienda está habitada por 4 personas. Consumo total por vivienda: E(kWh) Enero 8,143 Febrero 7,934 Marzo 7,517 Abril 7,099 Mayo 6,890 Junio 6,682 Julio 6,473 Agosto 6,682 Septiembre 6,890 Octubre 7,099 Noviembre 7,517 Diciembre 8,143 Tabla 2. 7 Energía necesaria para calentar el agua consumida por vivienda al día en cada mes.

35 35 Cada edificio tiene 5 plantas con 4 viviendas por planta. N º personas= (4*4*5)*2=160 Consumo total de los edificios por día en cada mes: E(kWh) persona E(KWh) total (dos edificios) Enero 2, ,73 Febrero 1, ,38 Marzo 1, ,67 Abril 1, ,97 Mayo 1, ,62 Junio 1, ,26 Julio 1, ,91 Agosto 1, ,26 Septiembre 1, ,62 Octubre 1, ,97 Noviembre 1, ,67 Diciembre 2, ,73 Tabla 2. 8 Energía necesaria para calentar el agua consumida en los dos edificios por día en cada mes Consumo de energía para aire acondicionado. El análisis del consumo de aire acondicionado se ha realizado a partir de los datos ofrecidos por REE en el estadístico INDEL. La Figura 2. 7 muestra el consumo de aire acondicionado en una vivienda. Esto valores no corresponden con el consumo actual, el estadístico Andel fue realizado en 1994, y desde esa fecha hasta la actualidad la demanda de potencia ha

36 36 aumentado bastante, la gráfica si es útil analizar el perfil de la demanda según las horas del día. Figura 2. 7 Perfil de consumo de energía para aire acondicionado en una vivienda. El consumo de aire acondicionado no se produce de forma constante a lo largo del año, la Figura 2. 8 muestra el perfil de utilización de aire acondicionado durante el año. Figura 2. 8 Perfil de utilización del aire acondicionado en los hogares.

37 CAPÍTULO 3. 37

38 38 3. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS Y NORMAS BASICAS PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN EDIFICIOS. 3.1 Generalidades Es muy importante obtener ahorros importantes a través de un uso adecuado de la energía eléctrica en los edificios, estos ahorros proyectados a escala país además de permitir un desarrollo más sostenible, tiendan a conservar los recursos naturales y proteger el medio ambiente. Para analizar las soluciones básicas a adoptar se debe conocer el problema en su real dimensión, es decir la cantidad y características de los consumos y los ahorros que se pueden obtener. Para ello, hay que medir con datos objetivos y significativos los procesos energéticos que se producen, para determinar si es posible y conveniente su aplicación y establecer un diagnóstico energético con las soluciones a aplicar, para determinar con precisión el grado de eficiencia que se requiere. De esa manera, es necesario la identificación del consumo energético, que puede definirse como la respuesta a la pregunta de cómo, dónde y cuanta energía es empleada o desperdiciada y para ello, además del análisis del consumo eléctrico se requieren los perfiles energéticos, para establecer las áreas potenciales de ahorro de energía. Para el análisis del ahorro a producir, es conveniente poner en práctica ciertas premisas básicas recordando que el objetivo no es dejar de emplear los equipos eléctricos sino utilizarlos eficientemente y el primer aspecto a considerar es la determinación de la energía se consume en el edificio, dónde y cómo se utiliza y cual es el costo que representa. 3.2 Descripción de los edificios. El estudio se ha realizado para dos edificios situados en el barrio Jarama de Coslada. El plano de situación del barrio se encuentra en los Anexos. Los dos edificios tendrán las mismas características constructivas.

39 39 El número de plantas de cada edificio es 5. Cada planta tendrá 4 viviendas con distribución similar. La superficie de cada planta es de 20 x 24 m, cada edificio tiene en el centro u patio interior de 6 x 10m. El esquema de la planta y la orientación de las viviendas aparece representado en Figura Se estima que la superficie útil de cada vivienda será aproximadamente de 90m 2. Figura 3. 1 Planta del edificio. 3.3 Características Constructivas. Para que un edificio esté bien ejecutado, debe contar con un adecuado aislamiento térmico, una buena orientación, protección de ventanas y estar dotado de una eficiente iluminación, porque ello requiere un sistema de climatización de verano de menor potencia, dado que normalmente es el que consume más energía eléctrica. El proyecto de un edificio que tienda al ahorro de energía en climatización en verano, debe cumplir los siguientes objetivos: Reducir al mínimo las ganancias de calor por transmisión a través de los cerramientos. Proteger eficazmente la ganancia de calor por radiación solar directa a través de las ventanas

40 40 Intensificar la ventilación e iluminación natural de los locales Minimizar los consumos eléctricos de las instalaciones de iluminación artificial y artefactos que disipen calor en los ambientes aumentando su eficiencia. En la ejecución de los edificios deben emplearse aislantes térmicos que están constituidos por materiales de baja conductividad del calor y representan un elemento importante para evitar recalentamientos de muros y techos expuestos a la acción directa del sol, por lo que se infiere que el uso de aislamientos adecuados es una de las mejores formas de reducir los consumos energéticos en la climatización. Las ventanas son los medios de comunicación visual con el exterior y de iluminación hacia el interior y además deben proveer una adecuada ventilación natural, debiendo ser adecuadamente dimensionadas. Debe tenerse en cuenta sin embargo, que los vidrios actúan como una trampa de calor dado que dejan pasar la luz solar y calientan los elementos del ambiente, pero a su vez la radiación calórica invisible que estos emiten, no pasa a través del vidrio, por lo cual el calor almacenado no puede escapar denominándose a ello, efecto invernadero y como este calor debe extraerse con aire acondicionado, es necesario dotar de una buena protección solar a las ventanas utilizando persianas o parasoles. Para la construcción de los edificios para este proyecto se han elegido materiales de baja conductividad térmica, la utilización de estos materiales es una de las formas más eficientes de ahorro de energía. A continuación se detallan los materiales empleados y sus coeficientes de conductividad térmica Código técnico de la edificación. Este Documento Básico (DB) tiene por objeto establecer reglas y procedimientos que permiten cumplir las exigencias básicas de ahorro de energía. Las secciones de este DB se corresponden con las exigencias básicas HE 1 a HE 5. La correcta aplicación de cada sección supone el cumplimiento de la exigencia básica correspondiente. La correcta aplicación del conjunto del DB supone que se satisface el requisito básico "Ahorro de energía".

41 41 La demanda energética de los edificios se limita en función del clima de la localidad en la que se ubican, según la zonificación climática y de la carga interna en sus espacios. La demanda energética será inferior a la correspondiente a un edificio en el que los parámetros característicos de los cerramientos y particiones interiores que componen su envolvente térmica. Los parámetros característicos que definen la envolvente térmica se agrupan en los siguientes tipos: a) transmitancia térmica de muros de fachada UM; b) transmitancia térmica de cubiertas UC; c) transmitancia térmica de suelos US; d) transmitancia térmica de cerramientos en contacto con el terreno UT; e) transmitancia térmica de huecos UH ; f) factor solar modificado de huecos FH; g) factor solar modificado de lucernarios FL; h) transmitancia térmica de medianerías UMD. Para evitar descompensaciones entre la calidad térmica de diferentes espacios, cada uno de los cerramientos y particiones interiores de la envolvente térmica tendrán una transmitancia no superior a los valores indicados en la tabla 3.1 en función de la zona climática en la que se ubique el edificio. En edificios de viviendas, las particiones interiores que limitan las unidades de uso con sistema de calefacción previsto en el proyecto, con las zonas comunes del edificio no calefactadas, tendrán cada una de ellas una transmitancia no superior a 1,2 W/m 2 K.

42 42 Tabla 3. 1 Transmitancia térmica máxima de cerramientos y particiones interiores de la envolvente térmica. La zona climática de la localidad en la que se ubiquen los edificios se obtiene de la tabla D.1 (del código técnico, esta tabla se encuentra en los anexos) en función de la diferencia de altura que exista entre dicha localidad y la altura de referencia de la capital de su provincia. Si la diferencia de altura fuese menor de 200 m o la localidad se encontrase a una altura inferior que la de referencia, se tomará, para dicha localidad, la misma zona climática que la que corresponde a la capital de provincia. La zona climática en la que se encuentran los edificios es D3 Tabla 3. 2 Transmitancia límite para la zona climática D3.

43 Características de los materiales de construcción Muro exterior: Ladrillo exterior 12 cm. Aislamiento 5 cm. Ladrillo hueco 6 cm. 2 k = 0,5 W m C Tejado: Forjado cerámico 12 cm. Hormigón 4 cm. Aislamiento 5 cm. 2 k = 0,5 W m C (Este valor es menor que el máximo exigido por el código técnico de la edificación.) Ventanas: Ventana tipo klimalit triple con marco de madera. 2 k = 2,1 W m C (El aislamiento de este tipo de ventanas es mejor que el mínimo exigido por l código técnico)

44 Puerta exterior: Puerta de madera y cristal (cristal < 30%) 2 k = 3, 4 W m C Puerta interior: Puerta de madera opaca. 2 k = 3,5 W m C Suelo: Forjado cerámico 12 cm Hormigón 4 cm. Aislamiento 5 cm. 2 k = 0,38 W m C Muros interiores: Ladrillo hueco 24 cm. enlucido en ambas caras. 2 k = 1, 3 W m C Todos estos valores de constantes de conductividad térmica serán utilizados para el cálculo de las necesidades de aporte calórico y necesidades frigoríficas para cada vivienda.

45 Iluminación La iluminación diurna más conveniente es la natural ya que toda luz encendida en horas del día es un derroche de energía. Los colores de los revestimientos interiores de paredes o techos tienen gran influencia en su difusión ya que si son claros la reflejan y provocan su homogénea distribución. La iluminación artificial disipa calor que constituye un factor muy importante en el aumento de la capacidad de los equipos de refrigeración en verano y ese calor tampoco puede ser aprovechado en invierno para reducir la carga de calefacción, porque como es calor eléctrico es muy costoso. Uno de los factores que afectan al consumo de energía en iluminación es que las luces suelen permanecer encendidas inútilmente durante largos períodos por lo que se hace necesario el uso de temporizadores para activar las luces en horarios prefijados y además deben colocarse controles que detecten niveles de iluminación sobre ventanas, verificándola entrada de la luz solar para disminuir la iluminación artificial. El consumo de una lámpara de filamento incandescente tiene una baja eficiencia, perdiéndose la mayor parte de la energía consumida en forma de calor. Los tubos fluorescentes tienen una eficiencia mayor, lo que en términos de iluminación significa que se obtiene con igual consumo un nivel de iluminación varias veces mayor que las incandescentes, pero los balastos tradicionales disipan mucho calor. Por ello, es indispensable reemplazar los tubos fluorescentes convencionales por los que utilizan balastos electrónicos, porque permiten ahorrar energía hasta un 10% y corregir el factor de potencia, así como incrementar la vida útil de los mismos. Es muy conveniente el empleo de lámparas de alta eficiencia por su alto poder lumínico, menor consumo y mayor vida útil. Las lámparas fluorescentes compactas electrónicas, además de aportar una calidad de luz ambiental, son fundamentales por su bajo consumo en aquellos lugares donde se necesite un alumbrado con largos períodos de encendido y pueden utilizarse casi de forma general consumiendo cinco veces menos que las incandescentes, con una vida útil diez veces mayor, y poseen el mismo casquillo que las bombillas tradicionales lo que las hace muy simple de aplicar.

46 46 La distribución de las fuentes de luz es de gran significación dado que su buena ubicación y sectorización facilitan su control por área, para iluminar adecuadamente solo los lugares que se necesitan. Es importante también, la adecuada ubicación de los interruptores dado que si se emplazan frente a una puerta sin señales que los distinga, obliga generalmente al encendido de todas las luminarias al no poder precisar la zona a la cual pertenece cada uno. Debe tenerse en cuenta en la operación lo siguiente: Limpiar periódicamente las fuentes de luz, porque la suciedad disminuye el nivel de iluminación de las mismas. Apagar las luces que no se necesitan. Evaluar la posibilidad de utilizar luz natural, utilizando pinturas de color claro e instalando elementos transparentes o similares, para aprovechar este recurso, siempre que brinde un nivel adecuado de iluminación. Instalar superficies reflectoras para direccionar e incrementar la iluminación, con esta medida posiblemente se reduzca el número de lámparas. Utilizar lámparas de vapor de sodio de alta presión en la iluminación de exteriores. Seleccionar adecuadamente lámparas para que suministren los niveles de iluminación requeridos de acuerdo al tipo de actividad que se desarrolle en cada habitación. 3.5 Aire acondicionado Debe tenerse en cuenta que el consumo de energía causado por el funcionamiento de estas instalaciones está condicionado por un gran número de factores que afectan la demanda energética, tales como la calidad térmica de la envolvente, la distribución de los espacios interiores en función de su utilización, las cargas térmicas interiores, los criterios de diseño de los subsistemas que componen la instalación, tanto en lo relativo a la producción de los fluidos portadores como a la zonificación de los espacios, la flexibilidad de funcionamiento y el adecuado control.