ROBERTO BOSQUED GARCÍA arquitecto LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DE EDIFICIOS BASADA, EXCLUSIVAMENTE, EN EL DISEÑO

Transcripción

1 LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DE EDIFICIOS BASADA, EXCLUSIVAMENTE, EN EL DISEÑO

2 EL CIEMAT es un Organismo Público de Investigación adscrito al Ministerio de Educación y Ciencia Desde su creación lleva a cabo proyectos de Investigación y Desarrollo tecnológicos en el campo de la Energía y el Medio Ambiente, situándose en la vanguardia internacional de la ciencia y la tecnología y manteniendo una estrecha relación con otros grupos investigadores de objetivos similares. El equipo humano del CIEMAT está formado por, aproximadamente, personas, de las que el 47 % son titulados universitarios. Un gran número de instalaciones, algunas de ellas únicas en España, hacen que el CIEMAT mantenga una amplia presencia en el ámbito científico-técnico nacional e internacional.

3 SORIA MADRID ALMERÍA

4 Vista aérea del Centro de Madrid-C. Universitaria

5 Vista aérea del Centro de Desarrollo de Energías Renovables (CEDER) en Lubia(Soria) PRODUCCIÓN Y EVALUACIÓN DE RECURSOS DE BIOMASA CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA DE BIOMASA

6 ENERGIA SOLAR TÉRMICA DE MEDIA TEMPE- RATURA APLICA- CIONES M.A. DE LA E. SOLAR Plataforma Solar de Almería MAYOR INSTALACIÓN N TERMOELÉCTRICA I+D DEL MUNDO ENERGIA SOLAR TÉRMICA DE ALTA TEMPE- RATURA CARAC- TERIZA- CIÓN DE LA RADIA- CIÓN SOLAR

7 UNIDAD DE INVESTIGACIÓN N SOBRE EFICIENCIA ENERGÉTICA en EDIFICACIÓN (UiE3)

8 OBJETIVOS de la Unidad Análisis energético del edificio en su conjunto: I + D + i de las Técnicas Naturales de Acondicionamiento de edificios para reducir la demanda energética en calefacción y refrigeración. Y, entre otras líneas de investigación, los proyectos PSE-ARFRISOL, Mediodía, CETICA, LIFE (eco-valle), Regen-Link, Sunrise, etc. y el estudio de la integración de sistemas solares activos en la edificación.

9 Cerca del 35% de la energía primaria que se consume en España, se hace en el Sector de la Edificación (residencial + terciario). ACCIONES Reducción de la demanda. Ahorro y Eficiencia energética PRIORITARIO Edificios que no consuman energía o que consuman muy poca La poca energía que consuman proceda de fuentes renovables MÁXIMO AHORRO Se produce a través de un diseño pasivo energéticamente eficiente.

10 Conseguir una edificación cada vez más sostenible y por ende más eficiente energéticamente se debe basar, entre otras cuestiones: Análisis del entorno Interacción del edificio con ese entorno Relación del edificio con sus colindantes. Comportamiento de la agregación de otros edificios, como elementos en sí mismos. Condicionantes de ordenación del territorio y urbanísticas.

11 Para decidir materiales componentes y estrategias es imprescindible un detenido estudio de los condicionantes externos: Características geomorfológicas: topografía, masas vegetales, masas de agua Caracteristicas climáticas: radiación, velocidad y dirección de los vientos,. Características meteorológicas: temperatura del aire, pluviometría.. Materiales de construcción existentes en el entorno. Infraestructuras: agua, saneamiento, electricidad, gas, teleco, viario, transporte.

12 ANÁLISIS DEL EDIFICIO EN SI MISMO: El suelo donde se asienta El conjunto de elementos que lo definen: Uso actividades que se desarrollan en su interior Forma Envolvente Materiales y componentes Elementos estructurales Instalaciones activas.

13 El edificio como máquina energética Intercambio de energía a través de la piel *captar *almacenar *evacuar la energía procedente del sol en función de las condiciones meteorológicas externas Fenómenos de transferencia de calor: * CONDUCCIÓN * CONVECCIÓN * RADIACIÓN Fenómenos de transferencia de masa: * CALOR LATENTE (dif. de temp.) * CONVECCIÓN (dif. de humedad)

14 ESTRATEGIAS PASIVAS TRADICIONALES: Edificios enterrados: aprovechamiento inercia térmica del terreno Orientación: en función de la necesidad de captar, evacuar o ambas Captación solar directa: a través de huecos acristalados Captación solar indirecta: a traves de cerramientos opacos Captación solar semidirecta: galerías acristaladas Cubiertas ventiladas de doble hoja Sombreamiento de huecos y cubiertas: toldos, persianas, umbráculos, pérgolas, etc. Ventilación natural: simple, cruzada, chimeneas, torres de viento, patios interiores,. Fuentes o láminas de agua: aumento humedad relativa.

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16 ESTRATEGIAS PASIVAS ACTUALES (además de las tradicionales): Aprovechamiento inercia térmica de envolvente y estructura Sistemas de aislamiento y tratamiento de puentes térmicos (f. ventiladas) Carpinterías con rotura puentes térmicos y vidrios especiales Atrios interiores para captación o evacuación Cubiertas trasventiladas, de agua o vegetales Pérgolas sobre cubierta Sombreamientos exteriores manuales o mecánicos. Chimeneas solares diurnas o nocturnas Sistemas de intercambio energético con el terreno. Sistemas de disipación radioconvectiva.

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18 DISEÑO DE LA CIUDAD

19 QUÉ ES EL URBANISMO Y LA EDIFICACIÓN BIOCLIMÁTICA?, QUÉ VENTAJAS TIENE FRENTE A LA TRADICIONAL? El Urbanismo y la EDIFICACIÓN BIOCLIMÁTICA, SON TÉRMINOS MODERNOS, acuñados no hace muchos años, pero básicamente responde al MISMO CONCEPTO QUE LAS ARQUITECTURAS POPULARES Y TERRITORIALES

20 Consiste en diseñar y construir ciudades y edificios teniendo en cuenta el territorio, el clima y el uso de materiales autóctonos, de manera que con un CONSUMO nulo o MÍNIMO de energía convencional y UTILIZANDO ENERGÍAS RENOVABLES, mantengan constantemente las condiciones requeridas de CONFORT TÉRMICO, retomando los sistemas y técnicas tradicionales de la Arquitectura Popular, adaptadas a la manera actual de construir y UTILIZANDO NUEVAS TECNOLOGÍAS, pasivas y activas, de aprovechamiento de la energía solar, dimanadas de proyectos de investigación llevados a cabo en los últimos años.

21 OBJETIVOS: APROVECHAR al máximo LA ENERGÍA SOLAR partiendo de un buen emplazamiento y orientación, utilizando superficies transparentes o acumuladoras en aquellas orientaciones que lo permitan y usando muros ciegos o con pocos huecos en aquellas otras con poco soleamiento Conseguir el CONFORT HIGROTÉRMICO, almacenando calor y controlando las pérdidas, en los periodos infracalentados, mediante la utilización de elementos y tipologías constructivas y el uso de diseños adecuados a cada emplazamiento. Utilizar MECANISMOS DE CONTROL Y SOMBREAMIENTO en los periodos sobrecalentados Usar ESTRATEGIAS DE ILUMINACIÓN NATURAL Y VENTILACIÓN CONTROLADA que propicien la eliminación del exceso de calor en los meses sobrecalentados

22 LA CIUDAD SUPONE UNA IMPORTANTE INTERVENCIÓN SOBRE EL ESPACIO NATURAL PREEXISTENTE, COMO CONSECUENCIA DE LAS MODIFICACIONES INTRODUCIDAS EN EL ESPACIO NATURAL DURANTE EL PROCESO URBANO. SUPONE TAMBIÉN CAMBIOS NO DESPRE- CIABLES DEL CLIMA URBANO, FRENTE AL DE LA REGIÓN O LOCALIDAD DONDE LA CIUDAD SE UBICA. LOS EDIFICIOS SON OBSTÁCULOS, TANTO PARA LOS VIENTOS COMO PARA LA RADIACIÓN SOLAR LA HUMEDAD DEL AIRE SE MODIFICA EN FUNCIÓN DE LA VARIACIÓN DE LA RADIACIÓN LA CONTAMINACIÓN PUEDE PRODUCIR FENÓMENOS DE INVERSIÓN TÉRMICA, APARTE DE LAS EMISIONES DE CO 2 FINALMENTE LOS PAVIMENTOS MODIFICAN LA REFLEXIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR

23 POR TODO LO ANTERIOR, ES FUNDAMENTAL ESTUDIAR DE MANERA PORMENORIZADA Y RESPONSABLE: EN LA FASE DE ORDENACIÓN DEL TERRITORIO: LA UBICACIÓN DE CIUDADES O NUEVOS BARRIOS, EN FUNCIÓN DEL CLIMA Y EL MEDIO FÍSICO. EN LA FASE DE PLANIFICACIÓN URBANA: LAS ORIENTACIONES DE LAS MANZANAS, PARA APROVECHAR O EVITAR LA RADIACIÓN SOLAR; EL TRAZADO DE LAS VÍAS URBANAS, PARA UTILIZAR LAS BRISAS O EVITAR LOS VIENTOS; LA SEPARACIÓN ENTRE EDIFICIOS, PARA EVITAR LOS SOMBREAMIENTOS NO DESEADOS, LA UTILIZACIÓN DE ZONAS VERDES, ARBOLADO Y FUENTES O MASAS DE AGUA, PARA PROPICIAR EL SOMBREADO, LA EVAPOTRANSPIRACIÓN O EL AUMENTO DE LA HUMEDAD RELATIVA, ETC., ETC.,.

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25 EL CLIMA EN FUNCIÓN DEL CLIMA PODEMOS DISTINGUIR CUATRO ZONAS GENERALES: FRÍA GANANCIA Y CONSERVACIÓ N DEL CALOR. LUGARES PROTEGIDOS DE LOS VIENTOS LADERAS S-SE A MEDIA PENDIENTE

26 CLIMA FRIO

27 CLIMA TEMPLADO CAPTACIÓN DE CALOR EN INVIERNO Y SOMBREAMIENT O EN VERANO. PROTECCIÓN DE VIENTOS Y APROVECHAMIE NTO DE BRISAS LADERAS SE MÁS EXTENSAS

28 CLIMA CALIENTE SECO MITIGAR VARIACIONES TEMPERATURA A LO LARGO DEL DÍA LADERA SE BAJAS, CERCA DE LOS VALLES O EL MAR

29 CLIMA CALIENTE HÚMEDO MOVIMIENTO DEL AIRE. EVITAR ORIENTACION ES E y O Construcción de Yucatán - Mexico CUMBRES DE COLINAS S ó N. Interior de una Palapa

30 CARTA BIOCLIMÁTICA DE OLGYAY

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32 EL TEJIDO URBANO

33 EL TEJIDO URBANO

34 EL TEJIDO URBANO

35 EL TEJIDO URBANO

36 CÁLCULO DE SOMBRAS CARTA SOLAR DE FISHER A LA IZQDA. CARTA SOLAR DE FISHER PARA UNA LATITUD Y DECLINACIÓN CONCRETA A LAS 9:30-14:30 A LA DCHA. CARTA SOLAR DE FISHER PARA UNA LATITUD CONCRETA Y PARA LOS SOLSTICIOS Y LOS EQUINOCIOS

37 CÁLCULO DE SOMBRAS SOMBRAS ARROJADAS SOBRE SUPERFICIE HORIZONTAL

38 CÁLCULO DE SOMBRAS SOMBRAS ARROJADAS SOBRE SUPERFICIE HORIZONTAL Y VERTICAL

39 DISTANCIA MINIMA ENTRE ELEMENTOS EL PLIEGO DE CONDICIONES TÉCNICAS DE INSTALACIONES DE BAJA TEMPERATURA IDAE, DEL INCORPORADO AL CTE, PLANTEAN EL SIGUIENTE CÁLCULO SIMPLIFICADO: d = h/tg(61º-latitud)

40 OPTIMIZACIÓN DEL ANCHO DE CALLE DOS EDIFICIOS SEPARADOS UNA DISTANCIA L, SITUADOS EN UN PUNTO DE ACIMUT A Y ALTURA DEL SOL h, EN EL MOMENTO MÁS DESFAVORABLE DEL SOLSTICIO DE INVIERNO SI a ES LA ALTURA DEL EDIFICIO QUE PRODUCE SOMBRA, x LA DISTANCIA ENTRE EDIFICIOS EN LA DIRECCIÓN DEL SOL Y A EL ANGULO DE L RESPECTO AL SUR. L = x cos(a +A) POR OTRA PARTE: x = a/tgh ; L = a*cos(a +A) / tg h L = a*cos(a +A)*cotg h h L x A+A + L a

41 DISTANCIA MINIMA ENTRE ELEMENTOS

42 DISEÑO DEL EDIFICIO

43 EL EDIFICIO ES UNA MAQUINA DE TRANSFERENCIA ENERGÉTICA COMO SISTEMA ENERGÉTICO, REALIZA FUNCIONES TRANSFERENCIA CON EL MEDIO, CAPTANDO, ALMACENANDO Y CONSERVANDO LOS RECURSOS DE SU ENTORNO, MEDIANTE COMPONENTES QUE CAPTAN LA ENERGÍA SOLAR Y LA TRANSMITEN AL INTERIOR DEL MISMO Y POR OTRA PARTE, EVACUAN LA ENERGÍA SOBRANTE, MEDIANTE ESTRATEGIAS DE REFRIGERACIÓN NATURAL.

44 PARA REALIZAR ESTAS FUNCIONES DEPENDE DE DOS TIPOS DE FACTORES: FACTORES EXTRÍNSECOS: FACTORES INTRÍNSECOS: TERRITORIO Y CLIMA parámetros meteorológicos, geográficos geomorfológicos, etc. CARACTERÍSTICAS DEL EDIFICIO: los establece el diseñador en función de los extrínsecos ORIENTACIÓN OBSTÁCULOS FORMA DEL EDIFICIO: compacidad, invers. proporcional a la temperatura Comunicación convectiva entre espacios situados a distintas orientaciones ventilación cruzada ENVOLVENTE DEL EDIFICIO: necesidad de aislar o ganar Colores Elementos de protección solar

45 Edificios eficientes energéticamente EDIFICACIÓN BIOCLIMÁTICA Edificación consciente desde el punto de vista energético ENERGÍA SOLAR PASIVA!!! COMPLEMENTARIAS!!! ENERGÍA SOLAR ACTIVA Diseño piel y componentes Instalación integrada en edificios PASIVA = Confort térmico + Ahorro de energía ACTIVA = Aporta la energía complementaria

46 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL CARTA BIOCLIMÁTICA DE GIVONI

47 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL GANANCIA DE CALOR GANANCIA SEMIDIRECTA GANANCIA DIRECTA GANANCIA INDIRECTA

48 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL GANANCIA DIRECTA GANANCIA DIRECTA: HUECOS ACRISTALADOS. Se basan en en el el EFECTO INVERNADERO Combinados con ACCESORIOS CONCENTRADORES DE RADIACIÓN superficie captadora. hacia la la Junto con PROTECCIONES DE RADIACIÓN para periodos sobrecalentados. Potenciando sistemas de AISLAMIENTO fijo o móvil para evitar pérdidas.

49 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL GANANCIA DIRECTA LA LA GANANCIA SOLAR TRANSMITIDA A TRAVÉS DE DE ESTE TIPO DE DE COMPONENTES DEPENDE DE: SUPEFICIE ACRISTALADA en en relación al al área a acondicionar (térmica y lumínicamente). CARACTERISTICAS DEL ACRISTALAMIENTO ESTANQUIDAD DE LA CARPINTERÍAS. El El CTE establece niveles permitidos de infiltraciones y condensaciones. ELEMENTOS DE SOMBREAMIENTO

50 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL GANANCIA INDIRECTA Los componentes se comportan como SISTEMAS COLECTORES DE CALOR realizando las funciones de captación, acumulación y transferencia. Produciendo retraso y AMORTIGUAMIENTO DE LA ONDA TÉRMICA. PROCESOS CARACTERIZADOS POR: INERCIA: Depende de la masa y del calor especifico. AISLAMIENTO: Depende de la conductividad y del espesor. (espesores grandes tiene grandes masas y producirán tambien efectos de inercia térmica.)

51 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL GANANCIA INDIRECTA CERRAMIENTOS PESADOS Y DE GRAN ESPESOR PARA PRODUCIR AMORTIGUAMIENTO Y DESFASE DE LA ONDA TÉRMICA. SE PUEDEN UTILIZAR LOS MUROS DE CARGA DEL EDIFICIO PARA ESTA FUNCIÓN MEJORAN SU FUNCIÓN CON LA ELECCIÓN DE COLORES Y TEXTURAS CON COEFICIENTES DE ABSORCIÓN ALTOS Y MECANISMOS CONCENTRADORES. MURO INVERNADERO COLOCANDO UN CRISTAL SEGUIDO DE UNA CÁMARA DE AIRE DELANTE DEL MURO PARA FAVORECER LA CAPTACIÓN

52 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL GANANCIA INDIRECTA CONSTRUCCIONES LIGERAS SELECCIÓN DE AISLAMIENTO TÉRMICO ADECUADO. CONTROL DE LAS INFILTRACIONES.

53 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL GANANCIA DIRECTA CONSTRUCCIONES LIGERAS

54 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL GANANCIA SEMIDIRECTA INVERNADERO

55 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL GANANCIA SEMIDIRECTA INVERNADERO AMORTIGUA LAS VARIACIONES DE DE TEMPERATURA Y AISLA DEL EXTERIOR. CONSISTE EN EN :: UN UN MURO DE DE GRAN MASA TERMICA UN UN ESPACIO TAMPÓN O DE DE AMORTIGUAMIENTO CON TEMPERATURA INTERMEDIA ENTRE INTERIOR Y EXTERIOR. UNA SUPERFICIE CAPTADORA, QUE DEBE PROTEGERSE DE DE SOBRECALENTAMIENTO CON ELEMENTOS DE DE SOMBREAMIENTO. ESTE SISTEMA DEBE DOTARSE DE DE VENTILACIÓN, QUE LO LO REFRIGEREN EN EN EL EL PERIODO DE DE VERANO.

56 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL GANANCIA DE CALOR

57 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL EVACUACIÓN DE CALOR ELEMENTOS DE SOMBREAMIENTO Para evitar sobrecalentamiento y deslumbramiento en periodos cálidos. DISPOSITIVOS EXTERNOS DE CONTROL DIRECTO. Son los más efectivos. Puede tratarse de vegetación de hoja caduca o de elementos del diseño fijos o móviles y que permitan la ventilación. tipos: VOLADIZO sólido horizontal paralelo a la la fachada: protege en en orientaciones sur LAMAS FIJAS HORIZONTALES paralelas al al cerramiento: protegen en en orientación sur y permiten ventilación vertical

58 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL EVACUACIÓN DE CALOR LAMAS FIJAS PERPENDICULARES al cerramiento: protegen de la radiación lateral y permiten ventilación vertical. LAMAS HORIZONTALES en el plano vertical: idónea para orientaciones con trayectoria solar muy baja. PROTECCION SÓLIDA EN PLANO VERTICAL: idónea para orientaciones con trayectoria solar muy baja. elimina gran parte de la radiación incidente. DISPOSITIVOS INTERNOS. Menos efectivos que los externos -- no impiden que la la radiación atraviese el el acristalamiento. PERSIANAS, CORTINAS, CONTAVENTANAS. cuidar la la eleción de color.

59 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL EVACUACIÓN DE CALOR VENTILACIÓN SIMPLE CHIMENEAS VENTILACIÓN CRUZADA CONDUCTOS ENTERRADOS

60 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL CHIMENEAS SOLARES CHIMENEA SOLAR DIURNA CHIMENEA SOLAR NOCTURNA

61 SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL EVACUACIÓN DE CALOR

62 ESTRATEGIAS DE APROVECHAMIENTO PASIVO DE LA ENERGÍA SOLAR TRATAMIENTO DIFERENCIADO DE FACHADAS OPTIMIZACIÓN DEL AISLAMIENTO TÉRMICO Y FACHADAS VENTILADAS DISEÑO DIFERENCIADO DE HUECOS EXT. EN FUNCION DE LA ORIENTACIÓN UTILIZACIÓN DE PATIOS ACRISTALADOS, COMO ELEMENTOS DE GANANCIA SISTEMAS QUE AUMENTEN LA HUMEDAD R. EN VERANO EN ZONAS SECAS O QUE LA REDUZCAN EN ZONAS HUMEDAS UTILIZACIÓN DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN SOLAR UTILIZACIÓN DE ESTRATEGIAS DE VENTILACION NATURAL CORRECTA ILUMINACIÓN NATURAL DE ESTANCIAS Y ZONAS COMUNES ELEMENTOS DE CERRAMIENTO Y DISTRIBUCIÓN DE GRAN INERCIA TÉRMICA USO DE MECANISMOS DE CONTROL INTEGRADO DE LAS ESTRATEGIAS PASIVAS Y ACTIVAS

63 ESTRATEGIAS DE AHORRO ENERGÉTICO UTILIZACIÓN DE SISTEMAS TÉRMICOS PARA CALEFACCIÓN Y A.C.S. UTILIZACIÓN DE SISTEMAS TÉRMICOS DE ALTA EFICIENCIA Y MÁQUINAS DE ABSORCIÓN PARA REFRIGERACIÓN UTILIZACIÓN DE SISTEMAS CENTRALIZADOS MODULARES DE CLIMATIZACIÓN UTILIZACIÓN DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS PARA PRODUCCIÓN DE E. ELÉCTRICA USO DE OTRAS ENERGIAS RENOVABLES EN SUSTITUCIÓN DE LAS FÓSILES SISTEMAS DE ILUMINACIÓN NATURAL Y ARTIFICIAL DE ALTA EFICIENCIA SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN DE AGUA DE BAJO CONSUMO SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE AGUAS GRISES Y DE LLUVIA UTILIZACIÓN DE ASCENSORES DE BAJO CONSUMO Y SIN SALA DE MÁQUINAS

64 1.- RECURSO CLIMA (RADIACIÓN SOLAR, VIENTOS Y BRISAS) GEOMORFOLOGÍA (TOPOGRAFÍA) MASAS VEGETALES MASAS DE AGUA, ETC. 2.- ENERGIA SOLAR PASIVA EDIFICACIÓN BIOCLIMÁTICA EDIFICIOS EFICIENTES ENERGÉTICAMENTE REDUCIR LA DEMANDA ENERGÉTICA 3.- ENERGÍA SOLAR ACTIVA CONVERSIÓN TÉRMICA BAJA TEMPERATURA (ACS, Calef. y Refrig.) CONVERSIÓN FOTOVOLTAICA ENERGÍA ELÉCTRICA

65 EL FUTURO DE LA EDIFICACIÓN - Diversificar el uso E. Renovables - Estimular la cooperación en el desarrollo y difusión de nuevos y competitivos avances tecnológicos, mediante el establecimiento de normas y componentes avanzados. - Difusión de las tecnologías en el mercado apropiado. - Difusión mediante cursos y material informativo - La implantación a gran escala necesita una gran tarea educativa. La edificación del futuro necesitará menos energía térmica, para lo cual hay que propiciar: * I + D + i + d * Desarrollar e incentivar el mercado. Concienciar al usuario * Eliminar las barreras institucionales para su implantación

66 MUCHAS GRACIAS POR VUESTRA ATENCIÓN