Herramientas para una energía eficiente

Transcripción

1 Uso Racional y Eficiente de la Energía y Eficiencia Energética en el sector de la construcción y de la vivienda Panamá, noviembre 2015 Antonio Serra, PhD a.serra@south-studio.com MONDRAGON - ALECOP Herramientas para una energía eficiente

2 EL SECTOR DE LA CONSTRUCCIÓN Y LA ESTRATEGIAS DE MITIGACIÓN DEL CAMBIO CLIMÁTICO Los gobiernos de la mayor parte de los países desarrollados y en vías de desarrollo están adquiriendo un compromiso internacional con la reducción del uso de recursos naturales no renovables, en especial en relación con recursos energéticos, y el desarrollo de una economía baja en emisiones de carbono por unidad de PIB, intentando desacoplar el crecimiento económico y la mejora de la calidad de vida de los ciudadanos del incremento de las emisiones de gases de efecto invernadero y del consumo de derivados del petróleo. Así mismo, los grandes grupos de inversión internacionales están adoptando estos objetivos en el desarrollo de sus programas de crecimiento.

3 EL SECTOR DE LA CONSTRUCCIÓN Y LA ESTRATEGIAS DE MITIGACIÓN DEL CAMBIO CLIMÁTICO Las principales directrices actuales sobre ahorro y eficiencia energética en el sector de la construcción, establecen la necesidad y la importancia de aplicar, en los nuevos desarrollos urbanos, medidas que permitan reducir el consumo de energía y potencien el aprovechamiento de fuentes renovables. Independientemente del marco normativo que regula estos aspectos, existen otros factores de carácter medioambiental o económico relacionados con el consumo de energía, que afectan de manera global al crecimiento de los países, sea cual sea el grado de desarrollo en que se encuentren. Los problemas más significativos desde el punto de vista ambiental, van desde el agotamiento de los combustibles fósiles, al deterioro del territorio o los fenómenos de cambio climático relacionados con las emisiones de gases de efecto invernadero. Desde el punto de vista económico, la eficiencia energética puede ser utilizada como una herramienta de ahorro, de reducción de la dependencia energética y de aumento de la competitividad. La eficiencia energética representa la cantidad de energía consumida realmente y depende de la demanda de los edificios o equipamientos y del rendimiento de los sistemas empleados, de modo que para reducir el consumo habrá que reducir la demanda (sistemas pasivos) y/o mejorar la eficiencia de las instalaciones (sistemas activos).

4 ESTRATEGIAS DE DISEÑO Las acciones de mejora se deben concentrar en primera instancia, en la implementación de estrategias de diseño que reduzcan la demanda energética, adaptándose a las condiciones climáticas de cada emplazamiento. Actualmente, debido a los avances tecnológicos, se han ido abandonando las prácticas constructivas basadas en el diseño pasivo, de modo que la necesidad de ajustar los parámetros higrotérmicos en el interior de los edificios se resuelve mediante sistemas mecánicos e instalaciones consumidoras de energía (en mayor proporción no renovable), sin tener en cuenta las condiciones del lugar y el potencial del clima. Gran parte de la energía necesaria para calentar o refrigerar un edificio, se puede ahorrar si se parte de un buen diseño arquitectónico basado en estrategias bioclimáticas que aproximen las condiciones interiores a las de confort humano.

5 ESTRATEGIAS DE DISEÑO ovacen.com

6 ESTRATEGIAS DE DISEÑO

7 ESTRATEGIAS DE DISEÑO El bioclimatismo, aplicado a la edificación y al urbanismo, se basa en el aprovechamiento del clima y las condiciones del entorno para mejorar las condiciones de confort de los usuarios, priorizando el uso de soluciones pasivas y, por tanto, reduciendo el consumo de energía necesario para el funcionamiento de las instalaciones de calefacción y refrigeración. Puesto que las condiciones climáticas varían en función de cada emplazamiento, el diseño arquitectónico y urbanístico, las técnicas constructivas y los materiales empleados deberían adaptarse al lugar en el que se vaya a intervenir. En determinadas latitudes, la adaptación del diseño arquitectónico y urbanístico al clima, pasa de ser una recomendación a convertirse en una premisa ineludible para satisfacer las necesidades térmicas en los espacios interiores y exteriores. En el caso de regiones del norte de África, como Argelia, u otros países próximos al Ecuador, se hace indispensable incorporar en los proyectos un estudio de las condiciones de soleamiento para definir el diseño de los elementos de protección necesarios y un estudio del régimen de vientos para optimizar su aprovechamiento en la disipación del calor almacenado durante los periodos de sobrecalentamiento. Por el contrario, en países fríos del norte de Europa el aprovechamiento de la radiación solar, mediante el estudio de las orientaciones o la disposición de huecos u otros elementos, permite reducir la demanda de calefacción en el interior de los edificios.

8 ESTRATEGIAS DE DISEÑO ESTUDIO BIOCLIMÁTICO INTEGRAL: considera simultáneamente el clima luminoso, térmico, aéreo y acústico. Existe un gran paralelismo entre los factores ambientales interiores y los factores climáticos exteriores, que comparten similar denominación, aunque ambos puedan presentar importantes diferencias en la definición de sus contenidos.

9 ESTRATEGIAS DE DISEÑO Un ab anbar con doble cúpula y captadores de viento en el desierto. Ciudad de Naeen, cercano a Yazd.

10 Sistemas pasivos Sistema activo define el principio de captación, almacenamiento y distribución que necesita para su funcionamiento el aporte de energía externa. Por oposición se dice sistema pasivo al que utiliza medios físicos naturales para su funcionamiento. Un sistema activo requiere energía para su funcionamiento y permite, por ejemplo, la captación y acumulación de calor, la generación de electricidad mediante la conversión fotovoltaica o mediante la generación eólica. Los sistemas solares pasivos se utilizan principalmente para captar y acumular el calor proveniente de la energía solar. Se los llama pasivos ya que no se utilizan otros dispositivos electromecánicos (bombas recirculadoras, ventiladores, etc) para recircular el calor. Esto sucede por principios físicos básicos como la conducción, radiación, convección del calor. Sistemas de contenido ambiental Sistemas pasivos de acondicionamiento térmico Sistemas pasivos de ganancia directa Sistemas pasivos de ganancia indirecta Sistemas pasivos de ganancia separada Sistemas pasivos de termosifón Sistemas de control solar Sistemas de iluminación natural Refrigeración pasiva Sistemas de ventilación pasiva

11 Sistemas pasivos MEDIDAS PASIVAS MEDIDAS ACTIVAS La distribución de volúmenes El emplazamiento de las aberturas El aislamiento térmico La ventilación natural La refrigeración pasiva El calentamiento solar pasivo El aislamiento y absorción acústicos La iluminación natural La calefacción individual o central La ventilación mecánica El aire acondicionado La atenuación acústica activa La iluminación artificial

12 Sistemas pasivos

13 Medidas pasivas Implementando medidas pasivas en los edificios, como la mejora de la envolvente térmica, el aprovechamiento de la radiación solar o la utilización de elementos de protección solar, para obtener el confort interior en los edificios, se puede ahorrar cerca de un 60% de energía convencional. Es posible construir edificios que alcancen un confort térmico alto, y por tanto una notable reducción de la demanda de energía, mediante la utilización de estrategias de diseño pasivo. En situaciones favorables (orientación, soleamiento, vientos, ) se puede prescindir del empleo de sistemas activos, en determinados periodos, o minimizar su utilización, accediendo a calificaciones energéticas altas. No obstante, la posibilidad de aplicar ciertas soluciones bioclimáticas requiere de un planeamiento urbanístico adecuado que permita implementar medidas pasivas para el aprovechamiento de los recursos naturales. Un adecuado diseño de la red viaria y de la parcelación favorece el asoleo directo de las edificaciones y de los espacios abiertos, lo que permite el aprovechamiento de la radiación solar. Hay que tener en cuenta, también, la distribución de los edificios y su relación con el espacio libre en la trama urbana y otros parámetros relacionados con la relación entre la altura de los edificios y el ancho de las calles o la disposición de obstáculos para garantizar que ese asoleo sea efectivo, pero partir de un adecuado diseño urbano puede ser trascendental para conseguir un buen diseño del edificio.

14 Medidas pasivas costes añadidos Un edificio bioclimático no tiene porqué ser mucho más caro que uno convencional, puesto que sus mejoras se basan en procurar una buena orientación y un diseño adecuado para reducir la demanda energética, y por lo tanto disminuyendo el uso y la potencia de la instalaciones, lo que conlleva un elevado ahorro en cuanto a costes de funcionamiento y mantenimiento con respecto a la inversión inicial. Las medidas más eficaces, las que puedan representar la gran aportación, no cuestan nada, ya que son el resultado del empleo lógico de los elementos constructivos y del diseño. Un segundo grupo de medidas, menos efectivas pero que apuran nuestras posibilidades climáticas, que serán el resultado del empleo de algún material o sistema constructivo especial, podrán suponer algún pequeño incremento, pero nunca, en su conjunto deberán suponer más del 15% sobre el total. Muchos de los sistemas empleados en la arquitectura bioclimática son sencillos de ejecutar ya que se basan en la arquitectura vernácula y en las técnicas constructivas tradicionales de cada zona, las cuales son fruto de la continua adaptación al entorno natural y del empleo lógico de materiales y sistemas locales. Por ejemplo, en el caso de lugares con clima cálido y seco, caracterizado por altas temperaturas diurnas y bajas por la noche, intenso asoleo y escasas precipitaciones, las estrategias recomendadas se basan en la amortiguación de la transmisión de calor mediante elementos de cerramiento con elevada inercia térmica, la introducción de elementos de sombra y el aporte de humedad al ambiente, mediante enfriamiento evaporativo del agua o el uso de vegetación.

15 Medidas Para poder aprovechar las condiciones del lugar es necesario caracterizar el emplazamiento desde el punto de vista climático y geográfico para tener en cuenta las variaciones locales que pueden alterar las respuestas de los edificios al entorno y, por tanto, condicionar el nivel de confort interior. La demanda de energía dependerá, en gran medida, de la ubicación, forma y orientación de los edificios y de los espacios abiertos. Caracterización climática y geográfica del emplazamiento Para poder ajustar el diseño arquitectónico a las características de cada lugar, es necesario definir los parámetros climáticos medios correspondientes a la zona del planeta en la que nos encontramos, los cuales nos proporcionaran una primera aproximación a escala regional, para ir posteriormente bajando de escala hasta el entorno inmediato a la parcela estudiada

16 Medidas Descripción del entorno natural y construido: factores geográficos El efecto de estos factores puede ser relevante a nivel regional o mesoclimático y además presentar variaciones o matices de carácter local, conformándose microclimas específicos. Para evitar grandes alteraciones de los datos climáticos de referencia es aconsejable tomar los valores del observatorio más cercano que se encuentre rodeado por factores geográficos similares a los de la zona objeto del estudio. Estos registros climáticos ya contienen de manera implícita las diferencias que se producen en las distintas partes del territorio, en cuanto a variaciones térmicas, de humedad o de radiación

17 Medidas Descripción del entorno natural y construido: factores climáticos

18 Medidas Estudio bioclimático del emplazamiento definición de estrategias El análisis de la temperatura y la humedad media de todas las horas del año, a partir de climogramas de confort (Olgyay para espacios abiertos y Givoni para edificaciones), permite determinar el porcentaje de tiempo que se encuentra fuera de las condiciones de confort higrotérmico y las estrategias recomendadas (captación o protección solar, ventilación natural, inercia térmica, etc.) para corregir las situaciones de incomodidad térmica.

19 Medidas Estudio bioclimático del emplazamiento definición de estrategias

20 Medidas Estudio bioclimático del emplazamiento definición de estrategias

21 Medidas Estudio bioclimático del emplazamiento definición de estrategias

22 Medidas Estudio de soleamiento (acceso al sol, sombras arrojadas, factor de cielo visto) Realizar un estudio específico de las zonas soleadas y sombreadas (en el solsticio de invierno), para la geometría del espacio, la posición relativa del sol y la forma y posición de los cuerpos.

23 Medidas Estudio de soleamiento (acceso al sol, sombras arrojadas, factor de cielo visto) Realizar un estudio específico de las zonas soleadas y sombreadas (en el solsticio de invierno), para la geometría del espacio, la posición relativa del sol y la forma y posición de los cuerpos.

24 Medidas Estudio del régimen de vientos predominante Evaluar los elementos físicos del entorno y el régimen de vientos predominante para establecer estrategias de protección o exposición a los mismos. Rosas de viento estacionales (y horarias) y diagrama de frecuencias acumuladas: Recopilación de datos de velocidad y dirección de los vientos para determinar la ubicación de los edificios y su relación con los espacios abiertos y su orientación.

25 Medidas Efectos y variaciones de los flujos de viento: Además de los efectos producidos por los distintos elementos orográficos, las variaciones más importantes se deben a la configuración propia de los edificios. Su forma en planta y altura, o la posición relativa entre los volúmenes construidos respecto a la dirección predominante de los vientos, puede hacer que se produzcan determinados efectos aerodinámicos que modifiquen la dirección y velocidad de los flujos de aire de manera significativa

26 INCORPORACIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES EN LOS EDIFICIOS En el contexto internacional global del sector de la construcción, las regulaciones y las políticas gubernamentales se alejan de los tradicionales objetivos de porcentajes de ahorro y se encaminan hacia conceptos como edificios de energía casi nula que sólo son posibles con la aplicación de energías renovables. Se espera que las fuentes de energía renovables puedan proporcionar el 20-40% de la energía primaria mundial en Un elemento clave en la mitigación del cambio climático es la capacidad aplicación de las tecnologías de energías renovables en los procesos de construcción en los países en vías de desarrollo, donde se espera un crecimiento en el uso de energía. Docenas de países han implementado los Estándares de Energía Renovable, que comúnmente requieren de los servicios públicos para generar o adquirir un porcentaje de la energía a partir de fuentes de energía renovable, como las fuentes geotérmicas, el viento y el sol. Este requisito generalmente se incrementa con el tiempo, lo que ayuda a dirigir los nuevos proyectos y tecnologías hacia el mercado.

27 INCORPORACIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES EN LOS EDIFICIOS. VENTAJAS La primera ventaja importante de un enfoque en el que se incluyan las energías renovables es que permite al cliente o dueño de la propiedad generar la mayor parte de la energía del edificio con el nuevo sistema de energía renovable, con el consiguiente ahorro. Estas mejoras en la eficiencia energética también hacen que los proyectos de energía renovable sean más accesibles y atractivos para fuentes de financiación. La integración de la tecnología de energía renovable en un proyecto puede complementar las medidas de eficiencia, a menudo conduce a una mayor reducción de consumos que las medidas de eficiencia energética por sí solas. Por último, los sistemas de energía renovable a menudo tienen un alto nivel de visibilidad externa y pueden aportar un valor simbólico de energía eficiente e integrada asociada al concepto de construcción ecológica. Paneles fotovoltaicos solares visibles, por ejemplo, mejoran la marca de un edificio, como demostración sostenibilidad y liderazgo.

28 INCORPORACIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES EN LOS EDIFICIOS. MEDIDAS Incluir el International Performance Measurement and Verification Protocol (IPMVP) en las propuestas como protocolo estándar para cuantificar los resultados de las inversiones en materia de Eficiencia Energética, mediante la implantación de un plan de medida y verificación en el proyecto a desarrollar. Es un método internacionalmente reconocido para cuantificar el ahorro y poder ofrecer la confianza necesaria a aquellos que esperan obtener un beneficio por la implantación de un programa de Gestión Energética. La Medida y Verificación de Ahorros Energéticos incluidos en las propuestas a través de la incorporación de energías renovables sirven como garantía tanto para el cliente como para el promotor, así como para las instituciones financieras. Se puede realizar una adaptación sencilla del Protocolo para que exista una guía de consulta que permita incluirlo de manera más adaptada a propuestas. Incorporar un estudio acerca de las posibles energías renovables a incorporar en la propuesta (solar, fotovoltaica, eólica, geotérmica, etc.), pudiendo ser útil que se desarrolle una Guía de incorporación de energías renovables a proyectos de edificación que incluya los criterios básicos para incorporar la información necesaria en función de parámetros sencillos como: ubicación, tamaño de la propuesta, uso de los edificios, etc.

29 USO RACIONAL DEL AGUA Hoy en día existe un consenso científico sobre el problema que supone la disminución de las reservas de los recursos hídricos, producidas por la escasez de precipitaciones y el incremento del consumo. Este problema es más acuciante aún en aquellos países en vías de desarrollo que sufren de estrés hídrico y cuyo acceso al agua potable no está garantizado. El 28 de julio de 2010, a través de la Resolución 64/292, la Asamblea General de las Naciones Unidas reconoció explícitamente el derecho humano al agua y al saneamiento, reafirmando que un agua potable limpia y el saneamiento son esenciales para la realización de todos los derechos humanos. La Resolución exhorta a los Estados y organizaciones internacionales a proporcionar recursos financieros, a propiciar la capacitación y la transferencia de tecnología para ayudar a los países, en particular a los países en vías de desarrollo, a proporcionar un suministro de agua potable y saneamiento saludable, limpio, accesible y asequible para todos.

30 USO RACIONAL DEL AGUA La escasez de agua constituye uno de los principales desafíos del siglo XXI al que se están enfrentando ya numerosas sociedades de todo el mundo. Al tiempo que aumenta la población también lo hace la demanda de agua y por ello el crecimiento de la población está amenazando el estado de los recursos naturales, haciéndolos cada vez más frágiles y vulnerables, y provocando el paulatino agotamiento de las reservas. El agua es un recurso del presente pero también lo es para las generaciones futuras y, al mismo tiempo, es imprescindible para la naturaleza. Así pues, el agua es un patrimonio de valor incalculable que debe protegerse y conservarse para garantizar su permanencia y la habitabilidad de nuestro planeta. Escasez física y/o económica de agua a nivel mundial. Fuente: Informe sobre el desarrollo de los recursos hídricos en el mundo. Programa de Evaluación de los Recursos Hídricos (WWAP), Marzo de 2012.

31 USO RACIONAL DEL AGUA. MEDIDAS Ámbito urbanístico: Prever la reutilización de aguas residuales. Utilización de sistemas urbanos de drenaje sostenible (SUDs) y aprovechamiento de las aguas pluviales. Incorporación de sistemas de medición y detección de fugas de agua Optimizar el diseño y la composición de la jardinería Instalar sistemas eficientes de riego de jardines. Ámbito edificatorio Diseñar red de evacuación separativa para las aguas pluviales y las aguas residuales. Instalación de dispositivos o sistemas de ahorro de agua en los edificios: griferías con aireadores / perlizadores, electrodomésticos eficientes en cuanto al consumo de agua, reductores de caudal, grifos de inodoro de bajo consumo, válvulas reductoras de presión, griferías monomando con apertura en dos posiciones o apertura en frío o sistemas de reutilización de aguas residuales y aprovechamiento de agua de lluvia en el propio edificio

32 La calidad del aire interior Se considera que el aire interior de un edificio es de buena calidad cuando no presenta riesgos para la salud de los ocupantes y resulta fresco y agradable. La calidad del aire interior de un edificio la determinan los niveles de contaminantes presentes en el aire que respiramos. La contaminación del aire interior puede proceder de: agentes químicos, resultantes de: la contaminación exterior, la ocupación y actividad humanas, los materiales empleados, y agentes biológicos.

33 La calidad del aire interior

34 Huella de carbono La Huella de Carbono es un indicador de sostenibilidad, aplicable a cualquier sector, que se está convirtiendo en una herramienta de diferenciación exigible, tanto por las administraciones públicas, como por los propios consumidores. Para calcular la Huella de Carbono se analizan los procesos, se detecta dónde se producen los mayores consumos, se identifican las áreas de mejora y se optimizan los procesos para reducir desviaciones. Reduciendo consumos se consigue un doble efecto: mayor ahorro económico y menor impacto ambiental. La reducción de este impacto es uno de los objetivos que persigue la Oficina Española de Cambio Climático. Por tanto, desde el punto de vista económico y ambiental, la Huella de Carbono nos aporta una información extra sobre los procesos que resulta muy útil a la hora de la toma de decisiones.

35 Huella de carbono Fase de Producción Fase de Construcción Fase de Uso/Operación Final servicio/vida útil Materias primas Transporte - plantaconstrucción Consumo de energia Energía demolición Transporte Cambio uso del suelo Consumo de agua potabile Disposición final Manufactura Energía de equipo y maquinaria Generación aguas residuales Agua utilizada en construcción Mantenimiento Desechos sólidos y líquidos Condición paisajística final Residuos Sólidos

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38 Uso Racional y Eficiente de la Energía y Eficiencia Energética en el sector de la construcción y de la vivienda Panamá, noviembre 2015 Antonio Serra, PhD a.serra@south-studio.com MONDRAGON - ALECOP Herramientas para una energía eficiente GRACIAS