Uso de la energía en los edificios. Manual para estudiantes

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1 Uso de la energía en los edificios Manual para estudiantes

2 Edición ES Noviembre 2010 Versiones actualizadas en la página web del proyecto IUSES Descargo de responsabilidad Este proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación refleja únicamente las opiniones del autor y la Comisión no se hace responsable del uso que pueda hacerse de la información contenida en él.

3 Autories Sergio García Beltrán (CIRCE), Lucie Kochova (Enviros s.r.o.), Giuseppe Pugliese (CIRCE), Petr Sopoliga (Enviros s.r.o.) Traducción y adaptación: Giuseppe Pugliese (CIRCE), Sergio García Beltrán (CIRCE) Layout Fabio Tomasi (AREA Science Park) A cerca de este manual y IUSES Este manual se ha desarrollado en el marco de IUSES (Uso Inteligente de la Energía en los Centros Escolares de Educación Secundaria) y ha sido financiado por la Comisión Europea- Programa de Energía Inteligente para Europa. Los socios del programa son : AREA Science Park (Italia), CERTH (Grecia), CIRCE (España), Clean Technology Centre - Cork Institute of Technology (Irlanda), Enviros s.r.o. (República Checa), IVAM UvA (Holanda), Jelgava Adult Education Centre (Letonia), Prioriterre (Francia), Science Centre Immaginario Scientifico (Italia), Slovenski E-forum (Eslovenia), Stenum GmbH(Austria), University Politehnica of Bucharest (Rumanía), University of Leoben (Austria), University of Ruse (Bulgaria) Derechos de autor Este libro puede ser copiado y distribuido libremente, a condición de incluir siempre las notas de derechos de autor. Los profesores, formadores y cualquier otro usuario debe siempre citar a los autores, al proyecto IUSES y al Programa de Energía Inteligente para Europa. El libro también puede ser libremente traducido a otros idiomas. Los traductores deben incluir los derechos de autor presentes y enviar una copia del texto traducido al coordinador del proyecto (iuses@area.trieste.it), que la publicará en la página web del proyecto IUSES para su libre distribución. I

4 Símbolos clave Definición: explica lo que un término significa. Nota: muestra que algo es importante, un consejo o una pieza clave de información. Cuidado con ellos! Objetivo de aprendizaje: aparece al principio de cada capítulo y explica lo que se aprenderá en dicho capítulo. Experimento, ejercicio o actividad: indica algo para hacer en base a lo que has aprendido. Enlace web: muestra una dirección de internet donde se puede obtener más información. Referencia: indica de donde proviene la información. Estudio del caso: cuando se muestra un ejemplo o una situación real. Puntos clave: se trata de un resumen de todo lo explicado, por lo general aparece al final de cada capítulo. Preguntas: son preguntas que se efectúan al alumno al final de cada capítulo para comprobar los conocimientos adquiridos. Nivel 2: indica el nivel de aprendizaje. II

5 Índice de contenidos 1. INTRODUCCIÓN QUÉ ES UN EDIFICIO? TIPOS DE EDIFICIOS ESTRUCTURA DEL EDIFICIO CONCEPTO: EL EDIFICIO COMO UNA CAJA QUE RESPIRA ENVOLVENTE DE UN EDIFICIO Materiales aislantes Rehabilitación térmica. Algunos Ejemplos Medida de la capacidad aislante de los materiales Ventanas, puertas y superficies acristaladas Tipos de ventana ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA Elementos solares pasivos CONSEJOS Y SUGERENCIAS PARA UN MEJOR USO DEL EDIFICIO EJERCICIOS Y PREGUNTAS CLIMATIZACIÓN CALEFACCIÓN Microclima y confort Sistemas de calefacción Fuentes de energía Fuentes renovables Biomasa Energía geotérmica Energía solar Sistemas de distribución de calor REFRIGERACIÓN AIRE ACONDICIONADO Introducción Cómo funciona un sistema de aire acondicionado? Etiqueta energética Distintos equipos de aire acondicionado Consejos y sugerencias sobre el uso del aire acondicionado EJERCICIOS Y PREGUNTAS AGUA CALIENTE SANITARIA (ACS) DISPOSITIVOS DE PRODUCCIÓN DE ACS Calentadores eléctricos con depósitos Calentadores eléctricos instantáneos Calentadores indirectos con acumulación Caldera de gas instantánea Calentadores-Bombas de calor Calentadores solares (energía solar térmica)...43

6 4.2 CONSEJOS Y SUGERENCIAS DE CÓMO AHORRAR AGUA Y ENERGÍA EJERCICIOS Y PREGUNTAS ILUMINACIÓN LUZ NATURAL LUZ ARTIFICIAL Fuentes de luz Luminarias Consumo energético EJERCICIOS Y PREGUNTAS APARATOS ELÉCTRICOS Y DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DESCRIPCIÓN GENERAL, POTENCIA Y CONSUMO Consejos generales sobre como ahorrar energía APARATOS ELÉCTRICOS Frigoríficos y congeladores Lavadoras Lavavajillas Placas de cocción Hornos Pequeños electrodomésticos: Equipos electrónicos, de ofimática y entretenimiento: EJERCICIOS Y PREGUNTAS ENERGÍA FOTOVOLTAICA PROCESO DE CONVERTIR LA LUZ SOLAR EN ELECTRICIDAD APLICACIONES FOTOVOLTAICAS CUÁNTO PUEDE PRODUCIR UN SISTEMA FOTOVOLTAICO? EJERCICIOS Y PREGUNTAS EJERCICIO FINAL

7 1 Introducción IUSES Uso de la energía en los edificios Objeto de aprendizaje. En este capítulo aprenderás: El concepto de edificio. Cuáles son los tipos de edificios que existen. 1.1 Qué es un edificio? Definición: Un edificio es una construcción hecha por el hombre para albergar a personas, animales, cosas o actividades. Está completamente cerrado por una envolvente exterior, formada por los muros, el techo y el suelo, que crea un microclima en su interior Los edificios tienen una gran cantidad de formas y funciones, y se han tenido que adaptar a un gran número de factores a lo largo de la historia, desde los materiales de construcción disponibles, a condiciones climáticas, condiciones del terreno, razones estética, etc. Los edificios cubren algunas necesidades de la sociedad, sobre todo actúan como refugio a las condiciones climáticas y como espacio para vivir, disfrutar de privacidad, guardar las pertenencias y poder vivir y trabajar cómodamente. Un edificio, entendido como un refugio, representa una separación física del hábitat humano de el interior (un lugar de confort y seguridad) con el exterior (un lugar que a veces puede ser duro y perjudicial). El primer refugio de la historia lo construyó un antepasado relativamente cercano del ser humano, el homo erectus, y se cree que data del año A.C., La construcción de un edificio y su uso conllevan el consumo de una gran cantidad de energía y tienen un enorme impacto directo e indirecto sobre el medio ambiente. Los edificios no sólo utilizan recursos como energía y materias primas, sino que también generan residuos potencialmente peligrosos y además tienen asociadas una serie de emisiones atmosféricas. Debido a que la economía y la población siguen aumentando, los arquitectos y constructores se enfrentan a un desafío único para satisfacer la demanda de nuevas y renovadas instalaciones que sean accesibles, seguras, saludables y productivas mientras se reduzca al mínimo su impacto sobre el medio ambiente. Recientes respuestas a este desafío exigen un enfoque integrado y sinérgico que considere todas las fases de la instalación a lo largo del ciclo de vida. Este enfoque sostenible se apoya en un mayor compromiso al cuidado y conservación del medio ambiente, los resultados en un equilibrio óptimo de los costes ambientales, sociales, humanos y al mismo tiempo los beneficios de la misión y la función de la instalación y la infraestructura. Los objetivos principales del diseño sostenible son: -Evitar el agotamiento de los recursos energéticos naturales, del agua y las materias primas. -Prevenir la degradación ambiental causada por las instalaciones y la infraestructura a lo largo de su vida útil. -Crear construcciones que sean habitables, cómodas, seguras y productivas. 1.2 Tipos de edificios Los edificios se clasifican principalmente según la función y uso para la cual se construyen. A continuación se cita una posible clasificación. 3

8 1) Edificio residencial: dentro de este tipo de edificios se encuentran los edificios de apartamentos, viviendas adosadas, casas de campo, castillos, iglús, etc. Foto di Michael Gardner 2)Edificios educativos y culturales: como es el caso de las escuelas, colegios, universidades, librerías, galerías de arte, museos, teatros, cines, sala de conciertos, etc. 3)Edificios comerciales: un ejemplo son los bancos, edificios de oficinas, hoteles, restaurantes, supermercados, tiendas, almacenes, etc. 4) Edificios gubernamentales: ayuntamientos, consulados, tribunales, parlamentos, comisarías de policía, servicio de bomberos, etc. 4

9 5) Edificios industriales: como es el caso de las fábricas, fundiciones, centrales eléctricas, etc. 6) Edificios sanitarios: un ejemplo son los hospitales, clínicas, ambulatorios, etc. 7) Edificios agrícolas: en este caso están incluidos los establos, gallineros, invernaderos, graneros, molinos, etc. 8) Edificios militares: cuarteles, fortalezas, fortificaciones, etc. 9) Aparcamientos y almacenes: tales como garajes, almacenes, naves industriales, hangares, etc. 5

10 10) Edificios religiosos: iglesias, catedrales, capillas, monasterios, sinagogas, templos, etc. 11) Edificios para deporte: piscinas, centros deportivos, gimnasios, estadios, pabellones, etc. Por lo tanto, existe una gran variedad tanto de edificios como de requerimientos para conseguir el confort dentro de cada uno de ellos. Dentro de todos estos edificios se tiene que crear un microclima interior adecuado para cumplir el propósito para el cual fueron construidos, por ejemplo, en un almacén se necesita menor temperatura que en el interior de una vivienda, por lo que cada uno de ellos debería estudiarse por separado. 6

11 2 Estructura del edificio IUSES Uso de la energía en los edificios Objeto de aprendizaje. En este capítulo aprenderás: El importante papel que tiene la envolvente de un edificio y cómo se derrocha la energía (incluyendo los fundamentos de transferencia de calor). Una visión general de los materiales más comunes en construcción y aislamiento. Conceptos básicos de diseño de edificios bioclimáticos. 2.1 Concepto: el edificio como una caja que respira Un edificio puede ser visto como una caja gigante cuya misión es proteger su contenido de las condiciones climáticas, tales como la temperatura exterior, viento, lluvia, etc. El confort dentro de un edificio, a parte de ser algo subjetivo, depende principalmente de dos factores: la temperatura del interior y la humedad. Es obvio que la temperatura más alta (o más baja) junto con la humedad más alta (o más baja) son las perores condiciones para conseguir dicho confort. La cubierta exterior de un edificio, llamada también envolvente, trabaja como un intercambiador con las condiciones climáticas externas, tomando calor debido a la exposición de los rayos solares y devolviendo calor al exterior debido a la ventilación o a un mal revestimiento. La envolvente, además de tener la misión de envolver y proteger el edificio, debería permitir la respiración con el fin de evitar la humedad interior y alcanzar un equilibrio adecuado entre las ganancias y las pérdidas de calor. Fig.1 Balance energético de un edificio Esta fotografía, tomada por una cámara termográfica, muestra las condiciones térmicas del edificio, siendo las áreas rojas y amarillas, las partes más calientes mientras las azules son las áreas más frías. La fotografía nos muestra por donde se escapa el calor, y esta zona de escape se corresponde con las zonas más claras. En la foto, por ejemplo, el punto que se corresponde con el forjado (Sp2) está a 6,2ºC y el punto situado en medio del muro (Sp1) tiene una temperatura de 1,1ºC. 7

12 Fig.2 Imagen termográfica de un edificio En la comparación siguiente, se pueden observar los puentes térmicos provocados por las cajas de las persianas y por los forjados, que son los puntos donde se desperdicia más calor. In questa fotografia, ad esempio, la superficie esterna del muro ha un gradiente termico (ovvero una differenza di temperatura) di 6,1 C in prossimità della struttura del pavimento (Sp2=6,2 C) ed è invece di 1,1 C in corrispondenza del muro (Sp1). Fig. 3 Imagen termográfica de un edificio En esta termografía de la figura 4 se presenta un edificio (derecha) de bajo consumo de energía donde el calor apenas se escapa frente a un edificio tradicional (izquierda) que presenta muchas pérdidas de calor. Por qué ocurre esto? Fig. 4 Imagen termográfica de un edificio Definición: Se trata de un fenómeno físico conocido como transferencia de calor, según el cual, el calor siempre fluye desde los espacios calientes a los espacios más fríos. 8

13 Esto significa que en invierno, el calor fluye directamente desde los espacios habitados hacia el exterior y hacia los espacios sin calefacción como son áticos, garajes y sótanos (donde hay una diferencia de temperatura). Por el contrario, en verano el calor se mueve en sentido contrario, desde el exterior hasta el interior de los edificios. Para mantener el confort, la pérdida de calor en invierno debe ser compensada por un sistema de calefacción, mientras que la ganancia de calor en verano será disipada por un sistema de aire acondicionado. Esto significa que una gran cantidad de energía es desperdiciada en la mayoría de los edificios. En España, el 45% de la energía 1 media consumida en los hogares se dirige a mantener las casas en una situación confortable. Normalmente, el gas natural y la electricidad se emplean en los sistemas de calefacción, mientras que en la mayoría de los sistemas de aire acondicionado se utiliza la electricidad. Considere el ejemplo de la construcción de una casa para un Fig.5 Diferencia de temperatura y transferencia de calor clima frío. La demanda de calor de la calefacción de la casa en la estación fría es la principal consumidora de energía. Si se consigue reducir la demanda de calor por medio de un buen aislamiento externo, por la colocación de ventanas con pocas pérdidas, por ganancias de energía solar pasiva, etc. el sistema de calefacción se puede simplificar y la energía necesaria para la calefacción se reduce, así como la factura y las emisiones de CO2. Fundamentos de la transferencia de calor Nota: El calor siempre es transferido desde un sitio caliente a otro más frío mediante tres mecanismos de transferencia: Fig.6 Transferencia de calor Conducción, se produce en un material sólido cuando sus moléculas se encuentran a diferentes temperaturas. Las moléculas más calientes transmiten la energía (calor) a la zona más fría del material. Por ejemplo, colocar una cuchara en una taza de café caliente conduce el calor a través de la misma hasta la mano que sostiene la cuchara. La conducción en los edificios se produce principalmente a través de paredes y ventanas Convección, es la transferencia de energía debida al movimiento de un fluido. El aire caliente se eleva y se sustituye por el aire frío que entra desde el exterior. En multitud de edificios con insuficientes particiones internas se pueden crear poderosas y derrochadoras corrientes de aire. 1 Según el IDAE, el 45% es la suma de calefacción y aire acondicionado. 9

14 Radiación, la energía es transportada por ondas electromagnéticas. A diferencia de los otros mecanismos, la radiación no requiere la intervención de ningún soporte material para propagar el calor. La radiación dentro de los edificios se produce principalmente a través de puertas y ventanas de cristal pero si las paredes no están bien aisladas, la radiación del exterior puede calentar el interior por conducción. 2.1 Envolvente de un edificio La mayoría de las pérdidas de energía que se producen en edificios se debe a una envolvente inadecuada, la cual está formada por las paredes, el suelo, el techo, las puertas y las ventanas. La siguiente imagen muestra las situaciones típicas de transferencia de calor que se dan en edificios. A modo de ejemplo, se aprecia como el calor se transmite a través de las paredes hacia el exterior o hacia espacios adyacentes no climatizados. Nota: Los componentes adecuados y los materiales aislantes permiten reducir la necesidad de calefacción o refrigeración actuando como una resistencia muy eficaz a la transmisión de calor, o dicho más sencillo, se consigue una mejor conservación de la temperatura interior. El color de las fachadas exteriores también juega un papel importante en la transferencia de calor debido a su propiedad de reflejar o absorber la luz del sol. El blanco y los colores claros actúan como reflectores, mientras que el negro y las tonalidades oscuras absorben la luz solar Materiales aislantes Fig.7 Pérdidas de energía en un edificio convencional Definición: Material aislante es aquel material que presenta una alta resistencia al flujo de calor. 10

15 Los materiales de uso común para el aislamiento de edificios se pueden clasificar de la siguiente manera: Vegetal: corcho, fibra de madera, lino, paja, etc. Mineral: fibra de vidrio, lana mineral, arcillas expandidas, carburos metálicos, vidrio espumoso, etc. Materiales sintéticos: poliestireno expandido, espumas fenólicas y poliuretano, PVC, etc. Además, los materiales aislantes están disponibles en variedad de formas, aparte de aislamientos rígidos, también encontramos: mantas en forma de rollos y paneles semirrígidos, fibras sueltas sopladas, espumas y sprays aislantes. Todos estos aislantes se pueden colocar conjuntamente, aumentando así la propiedad aislante, pero se necesita una combinación adecuada de los materiales y una instalación realizada por profesionales. Un buen aislamiento puede reducir la transferencia de calor a través de paredes, techos, ventanas, etc., consiguiendo los siguientes beneficios: Ahorro de energía, ya que reduce las pérdidas de energía en los días fríos y mantiene la temperatura más baja en los días de verano reduciendo las cargas de refrigeración. Aumenta la comodidad mediante la eliminación del efecto "pared fría", efecto producido en ventanas y en los muros exteriores (la diferencia de temperatura entre la superficie de la pared y la habitación no debería ser superior a 4ºC). Reduce el riesgo de condensación que puede causar daño al aislamiento del edificio o a los materiales estructurales, y también disminuye la posibilidad de decoloración y de condiciones de vida insalubres del edificio. El riesgo de condensación aumenta a baja temperatura ambiente. Evita los cambios bruscos de temperatura proporcionando al edificio protección contra grietas y expansiones térmicas. Mejora la acústica del edificio. El material aislante por lo general es evaluado en términos de resistencia térmica (indicado con el valor R) que indica la resistencia del material a la transmisión de calor (véase apartado ). Cuanto mayor sea su resistencia, mayor es la eficacia del aislamiento. Por supuesto, el aislamiento térmico depende del tipo de material, de su espesor y su densidad. Gráfico 1 - Comparación de materiales aislantes 11

16 Como ejemplo, véase la imagen donde se compara entre 10 cm de aislamiento térmico y otros materiales de construcción. Nota: En invierno cada metro cuadrado de pared sin aislamiento pierde el equivalente de energía a 3-6 litros de gasóleo (lo que se equivale al gasóleo teóricamente consumido para calentar el espacio sin aislamiento). Con un buen aislamiento, estas pérdidas se reducen a una sexta parte. Duplicando el espesor del aislamiento de una pared en blanco de 45 mm a 90 mm se puede ahorrar alrededor del 30% en energía 2. Para cualquier edificio con más de 20 años o insuficientemente aislado es aconsejable realizar una reforma térmica para mejorar su aislamiento, por la que fácilmente se logrará un ahorro de energía del 50% en calefacción y refrigeración. Se debe añadir que una cuidadosa selección de los materiales de construcción es la clave para alcanzar altos niveles de confort a un bajo coste, aunque es más conveniente para nuevas edificaciones o cuando se requieren importantes reformas. Por ejemplo, un ladrillo cerámico hueco tiene muy buenas propiedades aislantes (o alta resistencia térmica) pero existen otros materiales como la arcilla térmica que aun presenta un mejor rendimiento. Fig.8 - Ejemplo de ladrillo hueco con excelentes propiedades aislantes Estos ladrillos tienen una estructura interna de cámaras de aire, ayudando a conseguir un buen aislamiento térmico y acústico. Resumiendo, además de los materiales de construcción, es importante el uso de materiales aislantes con el fin de lograr mejores resultados en el ahorro de energía y en la búsqueda del confort Rehabilitación térmica. Algunos Ejemplos. 1. Aislamiento de fachadas (muros y ventanas): Mediante la colocación de material aislante térmico externo, interno o inyectándolo dentro del muro. Los cristales y ventanas se sustituyen por otros más eficientes y de mayor calidad. 2. Aislamiento de tejado, suelo y techo: Mediante la instalación de material aislante térmico entre tabiquillos, vigas de madera, rastreles y también añadiendo material aislante en tejas y baldosas. También se debe aislar térmicamente los techos en contacto con espacios habitables, suelos en contacto con espacios no 12 Fig.9 - Ejemplo de ladrillos de arcilla con excelentes propiedades aislantes 2 El nivel de energía de un edificio se mide por la energía consumida en calefacción y refrigeración (kwh) por cada metro cuadrado de superficie del edificio (m 2 ) durante un año. Así que cuando se habla de pérdidas o ahorros de energía debido al aislamiento, se refiere a la energía que sería consumida o ahorrada en calefacción o en refrigeración.

17 habitables, apoyados sobre el terreno o en contacto con el aire exterior. 3. Aislamiento del sistema hidráulico: Mediante la colocación de material aislante térmico alrededor de las tuberías con el fin de reducir las pérdidas de calor en el transporte de agua caliente y evitar la posible condensación en las tuberías de agua fría Medida de la capacidad aislante de los materiales Hay tres formas comúnmente utilizadas para evaluar las propiedades aislantes de los materiales: La capacidad aislante de un material se caracteriza por la resistencia térmica R, la cual indica la resistencia que un material ofrece al paso del flujo de calor. La resistencia térmica se mide en m² K/W. Un mayor valor de R significa un mejor material aislante. Para calcular el valor de R de una instalación de varias capas, se suman los valores de R de las distintas capas. El inverso de R se denomina coeficiente de transmisión de calor U y también se usa para medir la capacidad aislante de los materiales. La transmisión de calor se mide en W/m² K y obviamente, un buen material aislante debe tener valores bajos de U. El mayor valor permitido de este coeficiente para edificios está regulado por cada país siguiendo las directrices europeas sobre construcción. Los valores varían en función del clima de cada país. Por ejemplo, en países cálidos como España, el rango de U oscila entre 0,93 y 1,62 W/m² K, mientras que en los países del norte, los valores son bastante inferiores. Una medida similar de la capacidad de transferencia de calor de un material determinado es la conductividad térmica K. Las unidades de K son W/m K y una vez más, cuanto menor sea el valor de K, mayor será la capacidad aislante del material. Esto significa que habrá menos pérdidas de energía (expresada en W) por metro de material utilizado (y por cada grado Kelvin). Así que, resumiendo, un buen material aislante lo primero que debe poseer es una baja conductividad térmica, por ejemplo, 0,03 y 0,05 W/m K. Otras propiedades importantes y que también debe tener, son: baja capacidad de absorción de agua y que sean inflamables y resistentes a agentes químicos y roedores. De esta manera, los materiales de construcción mencionados anteriormente son buenos aislantes térmicos. Por ejemplo, el ladrillo cerámico hueco tiene una conductividad térmica entre 0,49 y 0,76 W/ m K, mientras que las arcillas térmicas tienen valores de K inferiores a 0,14 W/ m K La siguiente tabla muestra los valores de los coeficientes de transmisión de calor para diferentes materiales de construcción. La primera columna muestra los valores de U sin aislamiento y el resto de columnas muestran una comparación de los valores de U para distintos espesores de material aislante. Espesor de la pared exterior Valor de U con aislamiento térmico adicional (W/m 2. K) Aislamiento adicional Sin aislamiento 6cm 8cm 10cm 12cm 14cm 38cm ladrillo macizo cm ladrillo hueco (antiguo) cm ladrillo hueco (nuevo) cm ladrillo de silicato cálcico 30cm hormigón armado cm madera maciza Tabla 1- Comparación de distintas soluciones constructivas. Leyenda: >0.40 Insuficiente / Bueno / Muy bueno / <0.25 Excelente (estándar de bajo consumo de energía) 13

18 En el Reino Unido, por ejemplo, las soluciones más comunes son bloques de hormigón que contienen un núcleo de poliestireno expandido o una doble pared con espuma aislante en medio. En edificios con doble pared y para evitar la humedad, es una buena opción rellenar la cavidad con espuma. En la siguiente imagen, entre los bloques de hormigón y los ladrillos, se ha colocado fibra de vidrio. Fíjate en la diferencia de conductividad térmica (valor de K), recordando que cuanto más bajo sea el valor de K, mayor será la capacidad de aislamiento del material. Pared externa + 2 cm Pared externa + 6 cm Pared externa + 13 cm de fibra de vidrio de fibra de vidrio de fibra de vidrio K = 1.08 W/m²K K = 0.55 W/m²K K = 0.29 W/m²K Fig.10 - Ejemplo de tipos de aislamientos Es evidente que los requerimientos de nivel de aislamiento dependen básicamente de las condiciones climáticas, por lo que cada país tiene los suyos. Como ejemplo, el cuadro siguiente ofrece una visión general de los requisitos o recomendaciones existentes de los valores de U en algunas ciudades europeas. Requisitos existentes U [W/m² K] Pared Tejado Suelo Ciudad País Bajo Alto Bajo Alto Bajo Alto Tirana Albania 0,53 0,53 0,38 0,38 0,59 0,59 Wien Austria 0,35 0,5 0,2 0,25 0,35 0,4 Bruselas Bélgica 0,6 0,6 0,4 0,4 0,9 1,2 Sofía Bulgaria 0,5 0,5 0,3 0,3 0,5 0,5 Zagreb Croacia 0,9 0,9 0,65 0,65 0,75 0,75 Praga República Checa 0,3 0,38 0,24 0,3 0,3 0,45 Berlín Alemania 0,3 0,3 0,2 0,2 0,4 0,4 Copenague Dinamarca 0,2 0,4 0,15 0,25 0,12 0,3 Madrid España 0,66 0,66 0,38 0,38 0,66 0,66 Helsinki Finlandia 0,25 0,25 0,16 0,16 0,25 0,25 París Francia 0,36 0,36 0,2 0,2 0,27 0,27 Atenas Grecia 0,7 0,7 0,5 0,5 1,9 1,9 Budapés Hungría 0,45 0,45 0,25 0,25 0,5 0,5 Roma Italia 0,5 0,5 0,46 0,46 0,46 0,46 Riga Letonia 0,25 0,4 0,2 0,2 0,25 0,25 Amsterdam Holanda 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 Oslo Noruega 0,18 0,22 0,13 0,18 0,15 0,18 Estocolmo Suecia 0,18 0,18 0,13 0,13 0,15 0,15 Tabla 2 - Coeficientes de transmisión de calor para ciudades europeas (Fuente: Eurima) 14

19 2.2.2 Ventanas, puertas y superficies acristaladas Nota: Estas son las partes más débiles de la envolvente de un edificio, responsables de un tercio de las pérdidas de calor en invierno y de las pérdidas de refrigeración en verano. Estas pérdidas se deben a fugas de aire, filtraciones y puentes térmicos a lo largo de la estructura de los componentes y a la transferencia de calor a través de los materiales. Normalmente, se usan ventanas corrientes que cuentan con una baja resistencia al paso del calor, lo cual es completamente ineficiente. Las ventanas y las superficies acristaladas, cubren una parte importante de la superficie de un edificio, y además de actuar como el resto de la envolvente del edificio evitando las pérdidas de calor, juegan otro papel importante: proporcionar luz natural permitiendo ganancias de calor en el interior (sobretodo en estaciones frías o países fríos). Nota: Del mismo modo, las puertas exteriores son responsables, en promedio, del 10% de las pérdidas de calor producidas en una casa. Por lo general deben estar aisladas y selladas, principalmente en la parte inferior con burletes o con cuerda aislante para prevenir las fugas de aire.. O, si las puertas son muy viejas, deberían cambiarse por otras fabricadas por algún buen material aislante térmico (madera, doble capa de aluminio rellenado con espuma o mantas aislantes, etc.). Dos pasos importantes a seguir: La configuración adecuada y el correcto posicionamiento de las ventanas y las superficies acristaladas; Comprobar la eficiencia energética de las ventanas (que presentan gran resistencia al paso del calor). 1. Las ventanas grandes deberían colocarse en la cara sur del edificio con el propósito de que en invierno el sol caliente el interior. Por el contrario, durante el verano, el objetivo es evitar la entrada de calor del sol, para ello sería necesaria la colocación de algún dispositivo que proporcione sombra. Actualmente se colocan aleros o verandas en las ventanas. Por el contrario, las ventanas situadas en la cara norte, se deberían construir más pequeñas con el fin de evitar la entrada de frío. 2. El material del marco y las características del cristal son dos factores muy importantes en la eficiencia energética de las ventanas. Por ejemplo, una ventana con marco de aluminio o hierro permite el paso de una gran cantidad de calor (de baja resistencia térmica), mientras que la colocación de un marco de madera es mejor ya que es un material aislante. Igualmente, los sistemas con doble cristal o doble ventana evitan la pérdida de calor de casi un 50% en comparación con los cristales simples, así como reducen las fugas de aire, la condensación de humedad y la formación de heladas. 15

20 Tipos de ventana Las ventanas se clasifican según el valor del coeficiente de transmisión de calor U. Recuerda que U es el inverso de R (resistencia térmica) y cuanto más bajo sea U, mayor eficiencia energética tendrá la ventana. Nota: Las ventanas con doble acristalamiento poseen valores de U hasta un 75% más bajos que ventanas que sólo disponen de un cristal simple. Las ventanas doblemente acristaladas más eficientes permiten la entrada de un 80% de la luz solar y tienen valores de U de aproximadamente 2. Las ventanas con valores de U de 1 o inferiores se denominan "superventanas". Muchas de las ventanas de alto rendimiento disponibles comercialmente pueden incluir múltiples capas de cristal, revestimientos de baja emisividad, relleno de gas inerte entre las capas de cristal y espaciadores aislantes. La siguiente figura muestra valores típicos para diferentes tipos de ventanas. Fig.11 - Valores de U típicos para diferentes tipos de ventanas 2.3 Arquitectura bioclimática Un modelo de eficiencia energética para edificios cuenta con todas las soluciones técnicas comentadas con anterioridad y con los principios de diseño capaces de aumentar el ahorro de energía y el confort en el interior, ayudando a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes del uso de energía de combustibles fósiles, así como reducir los gastos de energía en el hogar. Además, el concepto de eficiencia energética también incluye los elementos de la Arquitectura Bioclimática que proporcionan un hogar confortable durante todo el año. Definición: La arquitectura bioclimática es aquella que adapta el edificio a las condiciones climáticas particulares del lugar, con el fin de obtener el máximo confort con el mínimo apoyo posible de las fuentes de energía auxiliar. El sol es el principal proveedor de energía en el diseño bioclimático. 16

21 Los elementos bioclimáticos se clasifican como pasivos y activos. Esta modalidad no es algo nuevo, sino que gran parte de la arquitectura tradicional funcionaba según los principios bioclimáticos en el tiempo en que las posibilidades de climatización artificial eran escasas y caras. Elementos bioclimáticos Sistemas activos Sistemas pasivos Colectores solares Paneles fotovoltaicos... Ganancia solar directa Ganancia solar indirecta Sistemas aislados: invernadero y atrio Muro térmico con precalientamiento de aire Muros trombe Muros másicos Colectores solares y lechos de grava Fig.12 - Elementos bioclimáticos activos y pasivos Nota: Los sistemas solares activos hacen referencia al aprovechamiento de la energía solar mediante sistemas mecánicos y/o eléctricos: colectores solares (para calentar agua o para calefacción) y paneles fotovoltaicos (para producir energía eléctrica), tal como se abordan en el último capítulo. El diseño solar pasivo maximiza las ventajas del sol con las características estándares de la construcción, usando el movimiento natural del calor y del aire para conseguir temperaturas cómodas y operando con poca o ninguna asistencia mecánica.. Fig.13 - Elementos bioclimaticos en un edificio 17

22 2.3.1 Elementos solares pasivos Como muestra el gráfico anterior, los sistemas solares pasivos se dividen generalmente en tres elementos principales, de acuerdo a la forma de obtener los beneficios solares, estos son: Ganancia solar directa Ganancia solar indirecta Sistemas aislados Los sistemas de ganancia solar directa se componen básicamente de acristalamientos que dejan pasar el calor y de una masa térmica grande en paredes, pisos y suelos. En estos sistemas, la luz del sol pasa a través de las ventanas, y su calor es atrapado por la masa térmica en el interior donde se almacena. Se pueden alcanzar temperaturas de hasta 27ºC. El acristalamiento suele ser el factor más importante en el ahorro de energía. El ahorro obtenido por ganancia solar cuando se dispone de una fachada orientada al sur con un acristalamiento del 60% está entre el 15% y el 40%, dependiendo del material aislante utilizado. El inconveniente es que esta misma superficie acristalada requiere una refrigeración en verano de un 55% superior. Por esto se deben colocar aleros en las ventanas y árboles alrededor del edificio que faciliten sombra en verano y ganancia solar en invierno. El favorecer la ventilación cruzada es otro factor importante de refrigeración en verano. Estos sistemas de ganancia solar directa responden rápidamente al efecto del sol, por lo que se recomiendan en edificios utilizados prevalentemente por la mañana, como son las escuelas. Además el coste adicional en la obra es generalmente muy bajo. Los sistemas de ganancia solar indirecta utilizan los mismos Fig.14 - Principio operacional de un sistema solar pasivo. materiales y principios de diseño que los sistemas de ganancia directa, pero coloca la masa térmica (la pared interna) entre el sol y el espacio que se calienta. Con estos elementos pasivos de ganancia solar indirecta se pueden alcanzar temperaturas de hasta 70ºC (recuerda que con los elementos de ganancia solar directa se alcanzaban temperaturas de hasta 27ºC). Al alcanzar temperaturas tan altas, estos sistemas se convierten en grandes almacenadores de energía. Las altas temperaturas se alcanzan poco a poco y normalmente el retardo térmico está entre 6 y 8 horas. Durante el período de verano se deben utilizar unos aleros para evitar el sobrecalentamiento. Estos sistemas afectan al diseño general del edificio, por lo que no se recomiendan para estructuras prediseñadas. Entre los varios tipos de sistemas de ganancia solar indirecta, el elemento más común son los muros Trombe. Fig.15 - Principio operacional de los muros Trombe. La radiación solar se recoge y es atrapada, calentando el aire entre la gran ventana y la masa térmica (el muro). Se practican unos orificios en la parte superior e inferior del muro; el de arriba permite que el aire caliente fluya hacia el interior de la habitación mientras que el aire frío se desplaza entonces a ocupar su lugar a través de los orificios en la parte inferior del muro 18

23 (recuerda que el aire caliente tiende a ascender debido a que es más ligero que el aire frío). La masa térmica (el muro) sigue absorbiendo calor y lo almacena para irradiarlo de nuevo a la habitación después de que el sol se ha ido. Se pueden colocar unos amortiguadores en los orificios de ventilación para prevenir que el aire caliente se escape a través de ellos en la noche. Los sistemas aislados, tales como invernaderos para viviendas y atrios para edificios de mayor tamaño, representan un espacio adicional con atractivas cualidades arquitectónicas. En algunos climas, también pueden ofrecer protección contra el clima adverso a un coste aceptable. Estos sistemas resultan de una combinación de los sistemas de ganancia de calor directa e indirecta. Se componen de una superficie acristalada grande que encierra una masa térmica (mayor que las de los muros Trombe) situada entre la pared exterior del edificio y la superficie acristalada. Cuáles son los beneficios? Fig.16 - Principio operacional de invernaderos y atrios Nota: Un nuevo edificio planificado y construido siguiendo criterios bioclimáticos, puede llegar a ser autosuficiente desde un punto de vista energético. Sin embargo, estos son casos excepcionales ya que no se pueden aplicar a la mayoría de los proyectos. Aun así, cualquier edificio puede obtener ahorros de energía de hasta un 60% mediante la aplicación de técnicas bioclimáticas, sin gasto adicional y guardando la estética final del proyecto... El nivel de energía de un edificio se mide por la energía consumida en calefacción y refrigeración (kwh) por metro cuadrado de superficie 3 (m²) y por lo general en un año. La siguiente tabla muestra la comparativa entre el consumo de un edificio tradicional y otro bioclimático. Vemos como el ahorro puede llegar hasta el 67%. Demandas Diseño tradicional (kwh/m 2 ) Diseño bioclimático (kwh/m 2 ) ACS Ganancia solar Ganancias internas Emisión gases Techumbre Muros Ventanas Ventilación Suelos Total Tabla 3 - Comparación de demanda energética 19

24 Cada edificio, en función de los materiales de construcción, debería tener su propio valor de demanda energética. Para hacer una estimación de la demanda energética de un edificio conocida su demanda por metro cuadrado, lo que se necesita es multiplicar ese valor por la superficie habitable del edificio. Por ejemplo, con una superficie de 240 m 2 y una demanda energética de 169 kwh/m 2 (como se muestra en el cuadro) se obtiene: 240 m 2 x 169 kwh/m 2 = kwh (aproximadamente la demanda de energía de todo el edificio). 2.4 Consejos y sugerencias para un mejor uso del edificio El diseño del edificio, los materiales de la envolvente, puertas y ventanas utilizadas, etc., son decisivos para tener una estancia confortable en el edificio. Como la gran parte del consumo de energía de un edificio se debe a la calefacción y refrigeración (alrededor del 45%) y teniendo en cuenta la larga vida del edificio, sería realmente rentable prestar atención a todas las cuestiones estructurales. Siga estas sugerencias para incrementar la eficiencia energética y ahorrar dinero. Envolvente y aislamiento. Un buen asilamiento térmico siempre debería ser planificado durante el proceso de diseño de edificios nuevos o restaurados. Mira los requisitos actuales (o las normas sugeridas) de valores de U para la envolvente en tu país. Para los edificios ya diseñados, la modificación de la estructura para mejorar el aislamiento suele ser difícil y no siempre rentable. Sin embargo para edificios antiguos, si se van a realizar obras de rehabilitación, no hay que olvidar que un aislamiento térmico correcto puede significar ahorros importantes de energía y dinero. Reducir las pérdidas de calor por el uso de paneles dobles y aislamiento de los muros podría ocasionar una reducción del consumo de energía a la mitad (50%). Recuerda que las superficies oscuras absorben más radiación solar. Asegure el sellado de la envolvente, rellenando las cavidades y ranuras donde se encuentran las fugas de aire. Puertas y ventanas. Si no puedes cambiar las puertas y ventanas antiguas, hay varias cosas que puedes hacer para que sean más eficientes: Abrir las cortinas y los toldos de las ventanas orientadas al sur para permitir el paso de los rayos del sol hacia el interior. No utilizar cortinas o persianas para cubrir las ventanas y las superficies acristaladas en invierno porque proporcionan luz natural al interior y permite la entrada del calor del sol (ganancia solar). Comprobar que la junta de la puerta y el burlete colocado en la parte inferior de la puerta evitan las fugas de aire. Calafatear alrededor de las puertas y ventanas puede reducir significativamente las fugas de aire. Mantener las ventanas y puertas cerradas cuando el sistema de calefacción o refrigeración está funcionando para evitar las pérdidas. 4 Se considera la superficie habitable. Si se dispone de tres plantas 80 m² cada una, la superficie habitable será 240 m² (80 x 3). 20

25 Arquitectura bioclimática. El diseño y la estructura de los elementos del edificio mayoritariamente pertenecen a las decisiones de las fases de construcción o de reforma a gran escala; sin embargo, esto no es preocupación de los adolescentes. Tenemos tres puntos que deberíamos aprender: Adquirir conciencia y conocimiento del propio diseño, de los materiales y de la utilización de las tecnologías que pueden ser útiles a la hora de elegir una casa para vivir o simplemente para dar sugerencias a tus padres o al director de tu colegio. Hay acciones a pequeña escala que se pueden hacer y que conllevan un bajo coste, tales como el sellado de grietas, añadir sombras interiores (persianas, venecianas, etc.), instalar ventiladores de techo, el uso de plantas para obtener sombra, etc. Hay medidas no técnicas, incluso las más simples, que pueden tener beneficios energéticos para nuestro edificio sin costes adicionales; tales como asegurar el funcionamiento racional del edificio y sus sistemas, un correcto uso de las ventanas (permitir el paso del sol durante el invierno, sombreado y ventilación por la noche en verano), y el uso racional de los aparatos a fin de no poner cargas de calor en el edificio (por ejemplo, no cocinar durante el periodo más caliente del día). 2.5 Eyercicios y preguntas: 1. Cuál es la dirección de la transferencia de calor? a) De un lugar caliente a otro más frío. b) De un lugar frío a otro más caliente. 2. Qué color crees que es el mejor absorbiendo la luz del sol y cuál reflejándola? Cita tres de los materiales aislantes más comunes: Cuál de estas dos soluciones de construcción sería la mejor aislante? a) 10 cm de aislante térmico b) 20 cm de ladrillo hueco 5. Puedes pensar en algunos materiales que no serían buenos aislantes? Por qué no lo son? Cuál sería un excelente rango para el valor de U de un material de construcción? > < Dónde se localizan la mayoría de las fugas de aire? Qué se puede hacer para detener estas fugas? Dónde deberían estar situadas las ventanas más grandes del edificio? a) Cara sur b) Cara norte 21

26 10. Qué dispositivo o sistema podría utilizarse para salvaguardar a las ventanas de los rayos del sol durante el verano? Qué tipo de ventana presenta el mejor rendimiento? Cuál debería ser el rango de U para este tipo de ventana? Indica si las siguientes técnicas son solares activas (A) o pasivas (P). Paneles fotovoltaicos [ ] [ ] Atrios [ ] [ ] Sistemas de ganancia solar indirecta [ ] [ ] 13. Define la arquitectura bioclimática y di qué se podría considerar como su principal fuente de energía Cuál es el inconveniente de los elementos solares pasivos durante el verano? Cómo se puede solucionar? Marca las funciones de la masa térmica (la pared interna) de un sistema solar pasivo: Absorber y almacenar calor. Protección contra las adversidades del clima. Radiar calor después que el sol se ha ido. Permitir la ventilación del aire. 16. Según la medida de la demanda de energía de un edificio (kwh/m²) y suponiendo que tu colegio tiene una demanda de aproximadamente 150 kwh/m² por año: Estimar la superficie habitable del colegio (m²) =... Calcular la demanda total de energía (kwh) =... Glosario Cámara termográfica: también llamada cámara de infrarrojos, es un dispositivo que forma una imagen a través de la radiación infrarroja, de forma similar a una cámara normal que forma una imagen a través de la luz visible. Es capaz de revelar las variaciones de temperatura en la superficie de un cuerpo. Ganancia de calor: aumento de la cantidad de calor contenida en un espacio como consecuencia de la radiación solar directa, del flujo de calor a través de las paredes, ventanas y otras superficies del edificio y del calor desprendido por las personas, luces, aparatos y otras fuentes de calor. Pérdida de calor: disminución de la cantidad de calor contenida en un espacio como consecuencia del flujo de calor a través de ventanas, paredes, techos y otras superficies del edificio y de las fugas de aire caliente. 22

27 Ganancia solar térmica: calor añadido a un espacio debido a la transmisión y absorción de energía solar. Ondas electromagnéticas: se refiere a la danza periódica de campos eléctricos y magnéticos que se propagan por el espacio transportando la energía de un lugar a otro. Efecto de pared fría: sensación de frío que siente una persona sobre la parte del cuerpo vuelto hacia la pared (pared sin aislamiento). Condensación: es el proceso físico que consiste en el paso de una sustancia en forma gaseosa a forma líquida. Por ejemplo, el vapor de agua se condensa en líquido después de la toma de contacto con la superficie fría de una botella. Rastrel: Cada uno de los listones clavados directamente en el suelo o pared, que forman un entramado encargado de recibir un material de revestimiento. Grado Kelvin: es una unidad de medida de la temperatura que conserva la misma dimensión que la escala de grados Celsius, coincidiendo el aumento de un grado Celsius con el de un Kelvin. Las dos temperaturas de la escala Celsius que se corresponden con el punto de congelación del agua (0ºC) y el punto de ebullición (100ºC), corresponden a 273,15K y 373,15K respectivamente. Espuma de poliestireno expandido: es un material plástico que tiene propiedades especiales debido a su estructura. Se compone de células individuales de poliestireno de baja densidad y es extremadamente ligero pudiendo soportar su propio peso en agua muchas veces. Fibra de vidrio: es un material fibroso obtenido al hacer fluir vidrio fundido a través de una pieza de agujeros muy finos y al solidificarse tiene suficiente flexibilidad para ser usado como fibra. Sus principales propiedades son que es un buen aislante térmico y que soporta altas temperaturas. Puente térmico: es una zona donde se transmite más fácilmente el calor. Un ejemplo es el de las ventanas de doble cristal con marco de aluminio, el doble cristal es buen aislante pero el aluminio es un excelente conductor térmico, y por eso deja escapar el calor. El puente térmico se debe eliminar reduciendo la sección transversal, utilizando materiales con mejores propiedades aislantes o con un componente adicional de aislamiento. Calafatear: consiste en rellenar o cerrar una grieta con el fin de reducir el flujo de aire dentro y fuera del edificio. Burlete: Tira de tela rellena de material dúctil y esponjoso que se coloca en los intersticios de puertas, balcones o ventanas para cerrarlas herméticamente y evitar el paso del aire. 23

28 Web links mytopic= Referencias AA. VV: Guía práctica de la energía para la rehabilitación de edificios. El aislamiento, la mejor solución (Practical Guide for the Energy Reform of Buildings. The insulation, the best solution), Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), Asociación Nacional de Industriales de Materiales Aislantes (ANDIMA), Puntios clave: El diseño del edificio, los materiales de la envolvente, las ventanas y las puertas utilizadas son elementos decisivos para conseguir el confort dentro de un edificio. Como la mayor parte del consumo de energía del edificio se debe a la calefacción y refrigeración (más del 50%) y considerando la larga vida de un edificio, se debe prestar especial atención a estos elementos. Un buen aislamiento reduce la transferencia de calor a través de paredes, techos, ventanas, etc., obteniéndose los siguientes beneficios: ahorro de energía e incremento del confort. Según el principio de transferencia de calor, el calor siempre fluye desde espacios calientes hasta espacios más fríos. Ventanas, superficies acristaladas y puertas son las partes más vulnerable de la envolvente del edificio, responsable en promedio de un tercio de las pérdidas de calor en invierno y de las pérdidas de refrigeración en verano. Cualquier edificio puede obtener ahorros energéticos de hasta un 60% mediante la aplicación de técnicas bioclimáticas, sin gasto adicional en mantenimiento y conservando la estética del edificio. 24

29 3 Climatización IUSES Uso de la energía en los edificios Objeto de aprendizaje. En este capítulo aprenderás: Qué es el confort térmico y cómo se alcanza. Los sistemas principales de calefacción y refrigeración. Qué fuentes de energía renovable se utilizan para calefacción. La manera de utilizar adecuadamente los sistemas de calefacción y refrigeración para ahorrar energía. 3.1 Calefacción Microclima y confort La función principal de la calefacción es mantener un ambiente agradable y de confort en los espacios interiores. Definición: El confort térmico es uno de los factores más importantes a tener en cuenta para conseguir el ambiente óptimo en el interior de los edificios y a la vez es una condición para que el balance energético entre el hombre y su entorno se conserve. Tú mismo puedes cambiar el flujo de calor que tu cuerpo produce, colocándote más ropa (aumentando la resistencia térmica del cuerpo) o aumentando tu actividad (si aumenta tu actividad también aumenta la producción térmica del cuerpo). Nota: Los criterios básicos relacionados con el confort térmico son la temperatura (temperatura del aire influenciada por la radiación de las superficies colindantes), la humedad y la velocidad del aire. Existen valores recomendados de la temperatura del aire para conseguir el confort térmico según la actividad que se esté empeñando. Sin embargo, permanecer un corto plazo de tiempo en un espacio donde no se requiere una temperatura óptima, por lo general no molesta, ya que la diferencia entre el calor tomado y el producido está en equilibrio debido a un sistema de termorregulación. Este proceso de termorregulación depende de la edad, las condiciones de salud, la nutrición y la actividad que se esté desempeñando y a su vez todos estos parámetros están influenciados por la temperatura, la humedad y la velocidad del aire en el interior. Está demostrado que el confort térmico está mucho más influenciado por el sentimiento de confort que es algo subjetivo y por la actividad de trabajo que por la contaminación del aire o el ruido perturbador. Algunos estudios han demostrado que la persona alcanza el 100% del rendimiento en su trabajo a una temperatura de 22 ºC, el 75% a 27 ºC, mientras que a 30 ºC el rendimiento disminuye hasta el 50%. La humedad está estrechamente relacionada con la temperatura. En invierno la humedad relativa desciende al 20% o incluso a valores menores. Así pues, la membrana mucosa de las vías respiratorias se secan, el sistema de defensa del cuerpo humano se debilita y sustancias nocivas pueden alcanzar el sistema respiratorio. Sin embargo, el confort térmico depende de muchos otros factores, por ejemplo, la temperatura de las superficies colindantes ya que emiten radiación. Las personas son muy sensibles a la radiación, aun cuando una persona tiene una sensación de neutralidad térmica, partes de su cuerpo pueden estar expuestas a condiciones térmicas que produzcan malestar. Esta incomodidad 25

30 térmica no puede ser eliminada mediante el aumento o el descenso de la temperatura del recinto. Es necesario eliminar la causa del exceso localizado de calefacción o refrigeración. Nota: Generalmente, la incomodidad térmica local se puede agrupar en uno de los cuatro puntos siguientes: 1. Enfriamiento convectivo local del cuerpo causado por corrientes de aire. 2. Enfriamiento o calentamiento de partes del cuerpo por radiación. Se conoce como un problema de asimetría de la radiación. 3. Pies fríos y cabeza caliente al mismo tiempo, a causa de las grandes diferencias de temperatura de aires verticales. 4. Pies fríos o calientes, causado por una temperatura incómoda del suelo. Fig. 1 Factores de incomodidad térmica Recuerda, que sólo se puede juzgar la calidad del ambiente de un recinto una vez que el confort térmico general y local ha sido investigado. Temperatura Recinto del aire ( C) Dormitorio Cocina 15 Baño 24 Baño sin inodoro 24 Servicio 16 Lavabo 18 Despensa 15 Recibidor, escalera Tabla 1 Temperaturas recomendadas para conseguir el confort térmico en invierno. La humedad relativa debe de estar entre 30-60%. La velocidad del aire máxima: en invierno 0,15 m/s; en verano 0,25 m/s. Nota: Por lo tanto, la temperatura recomendada para estancias largas está alrededor de ºC. Para niños pequeños, ancianos y enfermos la temperatura debe ser superior, entorno a ºC Sistemas de calefacción Existen diferentes tipos de sistemas de calefacción estándar. Se pueden clasificar por la fuente, el lugar de origen, el tipo de fluido caloportador, la temperatura del fluido caloportador, el tipo de calefactor, etc. 26

31 El significado de calefacción local es que la fuente de calor únicamente calienta un espacio, habitación o piso, mientras que la calefacción centralizada da servicio a todo un edificio. Este sistema se compone de una caldera o bomba de calor para calentar el agua, el vapor o el aire en un mismo lugar. Este espacio recibe el nombre de cuarto de calderas, y una vez que el agua, el aire o el vapor se calientan, se distribuye a todo el edificio. Los tipos de fluidos caloportadores más extendido son el agua o el aire. Agua caliente Este sistema puede ser de baja o alta temperatura. Tradicionalmente, el sistema de calefacción que utiliza agua caliente en radiadores está muy extendido en España porque este sistema es óptimo para edificios con muros de ladrillo o piedra y ventilación natural. Este sistema tradicional también es óptimo para calefacción mediante combustibles fósiles sólidos (carbón). Este sistema se puede aplicar también a edificios de bajo consumo energético, pero existe alguna diferencia entre el sistema tradicional y el sistema para nuevos edificios. La salida de los radiadores es esencialmente inferior, por lo que el sistema reacciona con mayor flexibilidad en el cambio de las ganancias internas. Calefacción por aire El sistema de calefacción por aire de los edificios residenciales es el mismo de los edificios de oficinas o de la industria. El portador de calor es el aire. En comparación con el agua, el aire tiene más baja capacidad de transportar calor. La concepción moderna de este sistema es la conexión de la calefacción por aire y la ventilación. Esto es útil, sobretodo, en edificios bien aislados con una baja demanda energética. Contrariamente a los sistemas circulares hay suministro controlado de aire fresco que permite el intercambio de aire Fuentes de energía Energía de origen fósil Nota: Los combustibles fósiles sólidos, tales como el carbón, lignito, antracita o coque, se utilizaban generalmente en el pasado. La calefacción a partir de combustibles fósiles sólidos es una de las principales fuentes de energía contaminante del aire. La quema de estos combustibles genera emisiones de azufre, nitrógeno, y óxidos de carbono, emisiones de partículas, emisiones de compuestos orgánicos e inorgánicos y muchos otros más.. En el pasado, estas fuentes apenas estaban controladas y además la eficiencia de combustión era muy baja frente a las altas emisiones de contaminantes. Las calderas modernas tienen mayor eficiencia y producen menos emisiones de contaminantes. Pero siempre debes de recordar que los combustibles fósiles son una fuente de energía no renovable y las reservas de los mismos están limitadas. Nota: Los combustibles fósiles líquidos también son populares en muchos países, pero hoy en día el más utilizado es el combustible gaseoso. El gas natural presenta muchas ventajas en comparación con otros combustibles fósiles. La quema de gas natural produce muchas menos emisiones que la quema de combustibles sólidos, las emisiones de partículas y de dióxido de azufre (SO 2 ) son casi insignificantes y las de monóxido de carbono (CO) disminuyen en gran medida. 27

32 El único inconveniente es que la quema de gas natural emite óxidos de nitrógeno (NO x ), pero en la actualidad los fabricantes de calderas han conseguido disminuirlas por debajo del 10% de los antiguos valores. El gas natural, al igual que cualquier otro combustible que contenga carbono, emite dióxido de carbono (CO 2 ) que actualmente está considerado como la principal sustancia responsable del efecto invernadero y del calentamiento global de la Tierra. Se debe mencionar que la quema de gas natural produce menos emisiones de CO 2 que la quema de combustibles sólidos. Energía eléctrica La calefacción eléctrica es el tipo de calefacción más cómoda en cuanto a instalación, servicio, confort térmico y tasa de respuesta. Además, está disponible en todas partes. Hoy en día el precio de la electricidad está subiendo, así que este tipo de calefacción es adecuada para edificios bien aislados donde la demanda energética es baja. Pero en cuanto al medioambiente, es uno de los sistemas menos respetuosos debido a que la electricidad proviene, en su gran mayoría, de la quema de combustibles fósiles Fuentes renovables El cambio climático, la contaminación atmosférica y, en general, la alarmante situación del medioambiente, principalmente causado por el uso continuo de las fuentes de energía fósil, ha producido una preocupación general que está creciendo lentamente y permitiendo el desarrollo de nuevas alternativas para la producción de energía, estas son las conocidas como energías renovables Biomasa Definición: La biomasa es materia de origen orgánico cuya finalidad es la obtención de energía. Existen diferentes tipos de biomasa y se clasifica en: biomasa residual seca (residuos forestales, paja), cultivos energéticos (cultivos destinados a la producción de energía), biomasa residual húmeda (purines, aguas residuales) y residuos sólidos urbanos (fracción orgánica de las basuras). Existen diferentes tecnologías para transformar estos residuos en energía. Estas tecnologías se basan en procesos de transformación termoquímica, como la combustión, gasificación y pirólisis; y en procesos de transformación bioquímica, como la producción de metano e hidrógeno a partir de una digestión anaerobia o la producción de biocombustibles mediante procesos de fermentación. Nota: La combustión de madera y paja, es una tecnología que si se hace bien, es una de las más respetuosas con el medioambiente ya que los únicos contaminantes emitidos son óxidos de nitrógeno y algunas partículas. El CO 2 emitido es el mismo que la planta ha fijado a lo largo de su vida realizando la fotosíntesis, por lo que el balance de emisiones de CO 2 es nulo. Además, la madera apenas contiene azufre y el contenido de este elemento en la paja es inferior al 0,1% por lo que las emisiones de óxidos de azufre también son muy bajas. 28

33 Las calderas domésticas de biomasa para calefacción suelen funcionar con pelets, briquetas, astillas de madera o residuos madereros. Combustión y gasificación La combustión consiste en la obtención de energía calorífica por medio de la oxidación de la biomasa con exceso de aire a través de procedimientos termoquímicos a altas temperaturas. Estas reacciones de combustión desprenden gran cantidad de energía que es aprovechada para calentar un fluido que a su vez calentará un edificio. En otras palabras más sencillas, el proceso de combustión consiste en quemar la biomasa para obtener energía calorífica. En la gasificación también se obtiene energía calorífica a partir de reacciones termoquímicas. Se diferencia de la combustión en que en este proceso el aire no está en exceso y por tanto no reacciona toda la biomasa. Los procesos de gasificación suelen ser una etapa previa a la combustión, donde parte de la biomasa reacciona en el proceso de gasificación y el resto lo hace en la etapa de combustión. Al igual que en la combustión, los gases obtenidos se utilizan para calentar un fluido. El contenido energético de la madera y de otros residuos de origen agrícola varía según el tipo de madera y residuo, así como también por su contenido en humedad. Generalizando, el contenido de energía en 1 kg de madera seca es aproximadamente de 5,2 kwh, pero en la práctica tanto la madera como el resto de residuos de origen agrícola, una vez secados de forma natural, tienen un contenido en humedad alrededor del 20% del peso de la madera seca. Así pues, el contenido energético de la biomasa disminuye con el aumento de humedad, con lo cual, a esa humedad le corresponde una cantidad de energía de aproximadamente 4,3-4,5 kwh. Hoy en día, la biomasa no se quema únicamente en edificios residenciales, sino también en centrales térmicas y eléctricas. En el horno de una casa, primero se gasifica el combustible y después se combustiona. Este sistema está muy controlado y es comparable a los quemadores de gas. La desventaja es la manipulación del combustible y su almacenamiento. Asimismo, el transporte y el suministro puede ser un problema (depende de la localidad). Desde el punto de vista técnico, la biomasa no es muy adecuada para los pequeños edificios de bajo consumo energético porque existen problemas debido a la baja producción, eficiencia y a la regulación. Se debe controlar la corrosión en la instalación ya que este tipo de combustible es propenso a producirla. Biogás El biogás es un gas que se produce en un proceso llamado digestión anaerobia o aerobia, dependiendo si es en ausencia o presencia de oxígeno. En dicho proceso la biomasa se transforma en biogás por la actividad de unas determinadas bacterias. El proceso ocurre en un tanque grande llamado digestor. El gas se recoge por la parte de arriba del digestor y se puede quemar para producir energía térmica. Fermentación La fermentación es un proceso bioquímico a través del cual se obtiene bioetanol a partir del azúcar o el almidón en cosechas de maíz, caña de azúcar, patatas, etc. Teóricamente se puede obtener 0,65 litros a partir de 1 kg de azúcar. Este bioetanol se puede quemar en motores para producir energía Energía geotérmica Uno de los sistemas más eficientes y respetuosos que existen actualmente para la climatización de viviendas se basa en el empleo de la energía geotérmica. Definición: La energía geotérmica de baja temperatura es una fuente renovable, limpia y disponible en casi cualquier lugar, basada en intercambiar el calor almacenado en el subsuelo por la radiación solar. En pocas palabras se trata de aprovechar la templanza del subsuelo. 29

34 En el caso español, a una profundidad superior a los 5 metros, la temperatura del suelo, independientemente de la estación del año o las condiciones meteorológicas, es de alrededor de 15 ºC. Entre los 15 y 20 metros de profundidad, la estabilidad térmica es de unos 17ºC todo el año, siempre dependiendo de la situación geográfica en cada caso. Fig.2 Sistema de climatización con energía geotérmica Nota: Un sistema geotérmico solar se sirve de una bomba de calor y un sistema de perforaciones en el suelo para aprovechar esta temperatura templada y, pues, intercambiar el calor con el subsuelo. En invierno, disponer de un material a 15 17ºC se puede considerar una fuente de calor, mientras que en verano supone una temperatura considerablemente más fresca que el ambiente exterior. Por lo tanto, haciendo circular agua por el subsuelo gracias a la bomba de calor se permite precalentar el agua (en invierno) o enfriarla (en verano) Energía solar Una de estas fuentes de energía renovable es la energía solar, disponible de forma gratuita e inagotable. Como hemos descripto en el capítulo anterior, las radiaciones solares se pueden aprovechar para calentar el interior de un edificio a través de varios sistemas activos y/o pasivos (Para más detalle véase el apartado dedicado sobre Arquitectura bioclimática ). Además, una de las aplicaciones más comunes de la energía solar en edificios es para la producción de Fig.3 Niveles de radiación solar agua caliente sanitaria (ACS), así como se explica en el capitulo siguiente, y/o su integración en sistemas de calefacción convencionales. Fig.4 Niveles de radiación solar en E- spaña 30

35 Energía solar térmica IUSES Uso de la energía en los edificios Definición: Los sistemas solares activos utilizan colectores solares para captar la radiación solar y utilizarla para calentar un determinado fluido (generalmente agua) a una cierta temperatura. Esta agua caliente se puede utilizar en calefacción, para producción de agua caliente sanitaria (ACS) o para el calentamiento de piscinas. El aporte de energía procedente del sol depende de la latitud geográfica, la hora y la intensidad de los rayos del sol. En el caso de España, se trata de un recurso endógeno muy importante gracias a la gran cantidad de radiación solar disponible. Nota: Este tipo de sistema dispone de un acumulador de calor que consiste en un depósito de agua o una piscina (en el caso de calentamiento de piscinas). Generalmente estos sistemas también disponen de un sistema de energía auxiliar (caldera de gas, caldera eléctrica, etc.) que aportaría la energía necesaria para calentar el depósito en caso de que no hubiese sol (nubes, noche, etc). Fig.5 Sistema solar térmico Sistemas de distribución de calor La tarea principal de estos sistemas es transmitir suficiente calor para calentar un espacio interior y conseguir el confort térmico. La cantidad de estos elementos a instalar depende del tipo, el tamaño y la forma. Nota: Los sistemas de distribución de calor (radiadores) se deben colocar en la parte más fría del espacio a calentar, por lo general, junto a las ventanas para reducir al mínimo la condensación y contrarrestar la corriente de aire convectiva que se forma en la sala debido a la diferencia de temperatura del aire. Radiador cerca de la ventana Las corrientes de aire frío pueden contribuir de manera significativa a la sensación subjetiva de tener frío aunque la temperatura media de la habitación sea la adecuada. Por lo tanto, es importante controlar las fugas de aire al exterior, además de un diseño adecuado del sistema de calefacción. Por el contrario, cuando el elemento de distribución de calor está integrado bajo el suelo (calefacción por suelo radiante), el aire frío de la ventana cae al suelo y crea un incómodo flujo A convector de suelo B area muy caliente de bajo del suelo C calefacción de bajo del suelo convectivo de 0,3-0,5 m/s. La calefacción en el suelo cercano a la ventana debe intensificarse o se debería instalar un convector para desviar este flujo desagradable. 31

36 Radiadores Es un error pensar que sólo se puede usar suelo y pared radiante para sistemas de calefacción de baja temperatura. Existen radiadores modernos que se pueden utilizar también en edificios de bajo consumo sin ningún problema relacionado con el volumen del radiador. Sin embargo, es importante elegir cuidadosamente el tipo adecuado de radiador. Los radiadores modulares se componen de varios módulos que se fabrican de diferentes materiales, por lo general de placas de acero, de hierro fundido o aluminio. Este tipo de radiadores tienen muy buenas características hidráulicas. El contenido de agua y el peso es elevado por lo que el radiador no reacciona lo suficientemente rápido, pudiendo ser una desventaja en el caso de usar una fuente flexible de calefacción y una regulación automática. Estos radiadores modulares se caracterizan por su larga vida ya que algunos pueden llegar a los ochenta años sin presencia de corrosión. Otro tipo de radiadores muy extendidos, son los llamados radiadores compactos. En comparación con los radiadores modulares, los radiadores compactos contienen sólo 1/3 de agua, por lo que son mucho más flexibles y pueden regularse fácilmente con una válvula termostática. Existe un tipo de radiadores que se utilizan principalmente en cuartos de baño o pasillos. Estos radiadores se componen de varios tubos de cobre o acero soldados y por lo general también cumplen una función estética ya que están disponibles en muchas formas, tamaños y colores. Este tipo de calefacción es ideal para secar la ropa ya que se puede colgar como si fuera una percha, pero no tiene suficiente potencial para calentar una habitación grande por lo que sólo se recomienda para baños como fuente de calor adicional. Convectores Los convectores distribuyen el calor por convección usando un ventilador, existen de gas y eléctricos. Se pueden colocar en la pared o sobre el suelo y presentan la ventaja de que calientan la habitación muy rápidamente aunque el flujo de calor puede causar una sensación de agobio que no se tiene utilizando un sistema de radiadores. Suelo radiante El suelo radiante es un sistema de distribución de calor adaptable a cualquier fuente de energía (gasóleo, gas, electricidad, solar térmica), basado en un concepto antiguo de calefacción: pies calientes y cabeza fría. Una instalación de suelo radiante consiste en un entramado de tubos de polietileno que se colocan debajo del suelo y se hace pasar por ellos un fluido caloportador, el cual cede calor al suelo que a su vez es transmitida al ambiente del edificio y se mantiene a baja altura, justo donde se necesita. También existe la posibilidad de utilizar energía eléctrica directamente para calentar un cable de acero 32

37 inoxidable que transmite el calor al suelo y de esta manera se consigue calentar la habitación. El grado de confort que se consigue con este tipo de calor es ideal y además no se reseca el ambiente. Calefacción en pared El sistema de distribución por la pared tiene el mismo mecanismo de funcionamiento que el suelo radiante, pero este tipo de distribución no está muy extendida. El coste de la instalación es mayor pero aporta unas ventajas ya que se crea un ambiente ideal que es flexible en el diseño y el uso, aportando nuevas posibilidades para calentar casas antiguas. La diferencia que existe con el suelo radiante es que en este modo de distribución la temperatura no está limitada. 3.2 Refrigeración Aire acondicionado Introducción Los sistemas de aire acondicionado permiten mantener una temperatura agradable en el interior de un edificio durante las estaciones más calurosas. El poder elegir la temperatura deseada en nuestras casas es un lujo relativamente reciente, de hecho, en los últimos años, la caída de los precios de estos dispositivos de refrigeración ha extendido su uso en muchos edificios residenciales. Además, en la mayoría de los casos los edificios no cuentan con sistemas centrales de refrigeración, lo que los haría más eficientes, sino que se instalan en pisos individuales. Nota: Como consecuencia, los aparatos de aire acondicionado están aumentando en el verano las facturas de electricidad de las industrias, hoteles, hospitales, edificios institucionales, escuelas, edificios públicos, etc. Y si nos fijamos en el hogar, en muchas regiones europeas más cálidas, el consumo de energía en el hogar es cada vez mayor en verano que en invierno debido al uso extendido de tales sistemas de refrigeración. Antes de explicar el funcionamiento de un aparato de aire acondicionado y su tipología, es necesario reflexionar sobre la siguiente cuestión. Cuál es la temperatura idónea para conseguir el confort? Definición: El confort térmico es muy difícil de definir porque es necesario tener en cuenta una serie de factores a la hora de decidir aquello que hará que la gente se sienta cómoda. El indicador más comúnmente utilizado de confort térmico es la temperatura del aire, aunque existen otros factores, como la humedad y el movimiento del aire que también afectan el sentimiento de confort térmico. Un ambiente confortable es aquel en el que los ocupantes no expresen ningún sentido, ni frío ni calor, porque las condiciones ambientales producen una sensación de bienestar adecuada y suficiente. 33

38 Por qué definir el confort? Un dispositivo de aire acondicionado necesita una temperatura de trabajo que normalmente se fija desde un mando a distancia, por encima de la cual el aparato empieza a enfriar. Por lo tanto, es aconsejable seleccionar una temperatura adecuada, porque si es demasiado baja, el aparato estará en funcionamiento mucho tiempo, pero si es demasiado alta el aparato funcionará poco tiempo y no se conseguirá la refrigeración suficiente. Muchas veces no se considera adecuadamente la necesidad de un aparato de aire acondicionado ni su potencia y consumo. Así pues, definir el confort permitirá la adecuada selección de la temperatura en el termostato. Qué es más confortable? El siguiente ejemplo aclara la pregunta: En un día de verano la temperatura en mi ciudad a las 15:00 es de 38ºC, qué es más confortable? A) Entrar y/o salir de un edificio cuya temperatura en el interior es de 18ºC B) Entrar y/o salir de un edificio cuya temperatura en el interior es de 24ºC En la opción A, el cuerpo experimenta un salto brusco en el cambio de temperatura (20ºC), mientras que en la opción B el salto de temperatura se reduce (14ºC). De acuerdo con la definición de confort, en este caso es mucho más confortable fijar la temperatura del aparato de aire acondicionado a 24ºC. Note: En verano, la temperatura fijada en un aparato de aire acondicionado debe ser tal que al entrar en el edificio no se experimente sensación de frío. A pesar de que el dispositivo de aire acondicionado te permite fijar temperaturas por debajo de 18ºC, la temperatura de operación en verano debe estar entre 25ºC y 27ºC. Y esto para qué se hace? Seleccionar la temperatura adecuada del aire acondicionado nos da principalmente cuatro ventajas: Aumento del confort. Reducir las horas de operación de los equipos, por lo tanto, se consume menos energía. Al consumir menos energía, la factura de electricidad es menor. 34

39 Tener temperaturas demasiado bajas en casa no es saludable; produce repentino salto térmico que es la principal causa de la mayoría de los resfriados de verano Cómo funciona un sistema de aire acondicionado? Definición: La función de un sistema de aire acondicionado es transportar calor de un sitio a otro empleando una cierta cantidad de trabajo, por ejemplo electricidad. Actúa como un intercambiador donde el calor es absorbido de dentro de la casa y se transporta al exterior donde se expulsa. Para ello el dispositivo de refrigeración utiliza una sustancia, conocida como refrigerante, con características físicas adecuadas. Se trata de una sustancia especial que pasa de líquido a fase gaseosa en condiciones de baja temperatura. Durante este cambio de fase el calor es atrapado. Los sistemas de refrigeración constan de cuatro partes básicas (compresor, condensador, dispositivo de expansión y evaporador) por donde el líquido refrigerante está circulando continuamente. El sistema básico de operación se divide en cuatro etapas que se muestran en la siguiente figura. Fig.6 - Esquema básico de un sistema de refrigeración. Paso 4-1: El refrigerante pasa a través del evaporador (situado en el interior) donde disipa el calor procedente del espacio más caliente (dentro de la habitación) enfriando el aire. Este proceso de absorción de calor resulta de la vaporización del refrigerante que pasa de líquido a gas (como ya se dijo, el refrigerante pasa a fase gaseosa al atrapar el calor procedente de la habitación). Paso 1-2: El refrigerante abandona el evaporador (en forma de vapor a baja presión) y se comprime a una presión y temperatura más elevada por un compresor. El compresor es el dispositivo que consume electricidad. Paso 2-3: A continuación, el refrigerante a una presión y temperatura mayor pasa a través del condensador (situado en el exterior), donde se condensa por el contacto con un medio más frío 35

40 como puede ser el aire exterior, con lo que hay una transferencia de calor del refrigerante al entorno más frío. Paso 3-4: Por último, se reduce la presión del refrigerante a través de una válvula de expansión antes de su entrada al evaporador. Obviamente el evaporador está colocado en el interior y el condensador en el exterior del edificio. Qué hay sobre su eficiencia? En los últimos años, la preocupación por el uso racional de la energía ha llevado a los fabricantes de sistemas de aire acondicionado a mejorar significativamente sus equipos obteniendo así una mayor eficiencia energética. La eficiencia de un sistema de aire acondicionado se indica por el ratio de eficiencia energética (EER en inglés). Se define como lo que se obtiene por lo que se pone, donde el efecto útil (lo que se obtiene) es la disipación de calor del espacio interior y lo que tenemos que poner es el consumo de electricidad realizado por el compresor. Cuanto mayor es EER, más eficiente es el sistema. EER Calor Energía disipado necesaria Escala de eficiencia EER energética A 3.20 < EER B 3.20 EER > 3.00 C 3.00 EER > 2.80 D 2.80 EER > 2.60 E 2.60 EER > 2.40 F 2.40 EER > 2.20 G 2.20 EER Tabla 2 - Escala de calificación energética De este modo, los sistemas antiguos pueden presentar un EER alrededor de 2,2 mientras que uno nuevo puede tener un valor aproximadamente de 3,5. Esto significa, que si comparamos los dos dispositivos, como la cantidad de calor a disipar es la misma en los dos casos, el dispositivo con un menor valor de EER consume un 60% más de energía que el otro para realizar la misma función (3,5/2,2 = 1,60) Etiqueta energética Con el objetivo de ahorrar energía para reducir las emisiones de CO 2, la Unión Europea regula el etiquetado energético de todos los sistemas de aire acondicionado. La etiqueta de eficiencia energética da información sobre el consumo de energía de los aparatos, que se evalúa en una escala de A G, donde A representa el equipo más eficiente que está disponible y G el peor (véase en la figura). La etiqueta energética también mostrará el consumo anual estimado en kwh. Los equipos con una mayor calificación pueden costar un poco más al principio, pero un equipo calificado como G consumirá un 50% más de electricidad que uno calificado como A bajo condiciones normales de operación. 36

41 3.2.4 Distintos equipos de aire acondicionado. IUSES Uso de la energía en los edificios Nota: En primer lugar, antes de adquirir un sistema de aire acondicionado debes estar seguro que realmente lo necesitas. Los aparatos de aire acondicionado son muy caros en comparación con los ventiladores y lo más importante, consumen grandes cantidades de electricidad. Estás seguro de que no puedes alcanzar tu nivel de confort utilizando un ventilador de bajo coste? En la mayoría de los casos, un ventilador produce la misma sensación de confort que un aparato de aire acondicionado. Los ventiladores llevan a una sensación térmica de 3ºC a 5ºC más baja que la real y tienen un bajo consumo de electricidad (por lo general menos del 10% del consumo de un aire acondicionado).. Si finalmente decide que necesita un aire acondicionado, elija el tipo de sistema que más se ajuste a sus necesidades. A continuación se muestran los principales tipos de aires acondicionados. Unidades de aire acondicionado Se emplean para enfriar habitaciones individuales en lugar de un edificio completo. Son más económicos que los aires acondicionados centralizados, pero tienen menor eficiencia. Evaporador Condensador Los más usados son los sistemas de tipo Split (como en la figura) donde el serpentín (el evaporador) se coloca en el interior y el condensador se sitúa en el exterior. Ambas unidades se conectan entre sí a través de un conducto por el cual circula el fluido refrigerante. Fig. 7 - Sistema Split Cuando el evaporador y el condensador se ubican en el mismo lugar, el sistema se llama compacto. Fig. 8 - Sistema compacto Aires acondicionados centralizados Los sistemas de aire acondicionado centralizados emplean conductos de ida y retorno distribuidos a lo largo de todo el edificio por donde circula el aire frío y el aire caliente. La mayoría de estos aires acondicionados también utilizan sistemas tipo split (véase arriba). Bombas de calor Una bomba de calor puede servir como fuente de calor y como aire acondicionado. En invierno, la bomba de calor extrae calor del exterior y lo circula a través de los conductos dentro del edificio. Mientras que en verano se invierte el proceso, es decir, la bomba de calor expulsa calor del interior hacia el exterior. Estos sistemas pueden generar ahorros significativos de energía trabajando tanto como calentador, como aire acondicionado. 37

42 3.2.5 Consejos y sugerencias sobre el uso del aire acondicionado Note: Durante el verano, el uso del aire acondicionado puede representar el 50% o más del total de su factura de electricidad.. Siga estas sugerencias para incrementar la eficiencia energética y ahorrar dinero. Evitar el uso de aire acondicionado cuando sea posible: En la mayoría de los casos, un ventilador produce la misma sensación de confort que un aire acondicionado. Evitar flujos de calor innecesarios, tales como el exceso de iluminación, demasiados equipos que desprendan calor, etc. Apagarlos cuando no se utilicen. Toldos y aleros son buenas herramientas que evitan la entrada de los rayos de sol durante el verano (véase el capítulo sobre ventanas). Dimensionar adecuadamente el aire acondicionado: Table 3 - Guía para el dimensionamiento Nota: Son valores indicativos, como los materiales de construcción, la orientación y el diseño del edificio influyen significativamente en las necesidades de refrigeración. Por ejemplo, si la habitación a enfriar está muy soleada o es un ático, se debería aumentar el valor de la potencia de refrigeración mostrado en la tabla un 15%. Si existen fuentes de calor como por ejemplo una cocina, la potencia se debe aumentar en 1 kw. Tabla orientativa para elegir la potencia de refrigeración de un equipo de aire acondicionado Superficie a enfriar (m2) Potencia de refrigeración (KW) , , , , , , ,2 Establecer un nivel aceptable de confort (en torno a 25ºC) e instalar dispositivos de control (termostatos) para regular el sistema de aire acondicionado de acuerdo a la temperatura requerida. Por cada grado por debajo de la temperatura de confort, se está gastando un 8% más de energía. Mantener las puertas y ventanas cerradas cuando sistema de aire acondicionado está funcionando. Un buen aislamiento es muy importante para evitar fugas de frío (siga el mismo consejo dado en la sección de sistemas de calefacción y mire la sección de aislamiento). Asegurarse de que el flujo de aire frío está bien distribuido en todo el espacio, evitando las zonas con corrientes demasiado frías o demasiado calientes (cerca de las ventanas, puertas, etc.). Si el aire acondicionado tiene laminillas ajustables, ajústelas hacia el techo, de esta manera el aire fresco caerá desde el techo. Mirar detenidamente la calificación energética del nuevo aire acondicionado, donde 38

43 A representa el equipo más eficiente y G el peor. Correcta instalación y mantenimiento adecuado: Colocar la unidad de condensación en el exterior y en un área bien ventilada lejos de la radiación solar. Los aires acondicionados en habitaciones se deben colocar en una ventana o pared cerca del centro de la habitación y en la zona más sombreada de la casa. Limpiar y revisar el aire acondicionado cada pocos meses. Los filtros y serpentines sucios pueden bloquear el flujo normal de aire y afectar a la capacidad de absorción de calor del evaporador, reduciendo la eficiencia del sistema. El ahorro puede oscilar entre 3% y 10%. 3.3 Ejercicios y preguntas 1. Indica por lo menos 2 combustibles de origen fósiles y 3 de tipos renovables Cual es, en tu opinión, el sistema de calefacción que asegura más confort entre los mencionados en el párrafo 3.1.6? 3. Cuáles son los principales factores que intervienen en el confort térmico? Cuál debería ser la temperatura de funcionamiento de un aire acondicionado en el verano para estar en confort y evitar los saltos bruscos de temperatura? En un sistema de aire acondicionado, qué dispositivo consume electricidad? (Marca la correcta) Compresor Evaporador Condensador Web links

44 Referencias IUSES Uso de la energía en los edificios Greg Pahl: Natural Home Heating: The Complete Guide to Renewable Energy Options, Chelsea Green Publishing, 2003 ASHRAE, Fundamentals Handbook (SI), GA, ASHRAE, 2001, Atlanta. Moran, M. J. and H. N. Shapiro, Fundamentals of Engineering Thermodynamics: SI version, John Wiley & Sons, Inc., A.A. VV. : Guía Práctica de la Energía. Consumo Eficiente y Responsable (Practical Guide for Energy: Efficient and Responsible Consumption), Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), 2007, Madrid. Puntos clave: La temperatura recomendada para estancias largas está alrededor de ºC. Para niños pequeños, ancianos y enfermos la temperatura puede ser superior, entorno a ºC. El gas natural presenta muchas ventajas en comparación con otros combustibles fósiles. La quema de gas natural produce muchas menos emisiones que la quema de combustibles sólidos, las emisiones de partículas y de dióxido de azufre (SO2) son casi insignificantes y las de monóxido de carbono (CO) disminuyen en gran medida. Existen diferentes tipos de biomasa y se clasifica en: biomasa residual seca (residuos forestales, paja), cultivos energéticos (cultivos destinados a la producción de energía), biomasa residual húmeda (purines, aguas residuales) y residuos sólidos urbanos (fracción orgánica de las basuras) En el subsuelo, a partir de unos 5 metros de profundidad, la temperatura permanece prácticamente constante durante todo el año, alrededor de 15ºC. Entre los 15 y 20 metros de profundidad, la estabilidad térmica es de unos 17ºC todo el año, siempre dependiendo de la situación geográfica en cada caso. Los sistemas solares térmicos utilizan colectores solares para captar la radiación solar y utilizarla para calentar un determinado fluido (generalmente agua) a una cierta temperatura. Esta agua caliente se puede utilizar en calefacción, para producción de agua caliente sanitaria (ACS) o para el calentamiento de piscinas. Aire acondicionado En verano, la temperatura fijada en un aparato de aire acondicionado debe ser tal que al entrar en el edificio no se experimente sensación de frío. A pesar de que el dispositivo de aire acondicionado te permite fijar temperaturas por debajo de 18ºC, la temperatura de operación en verano debe estar entre 25ºC y 27ºC. 40

45 4 Agua Caliente Sanitaria (ACS) IUSES Uso de la energía en los edificios Objeto de aprendizaje. En este capítulo aprenderás: Los sistemas principales de preparación de agua caliente sanitaria. El uso de la energía del sol para calentar agua. Consejos sobre como ahorrar agua y energía. Nota: La producción de ACS suele ser la segunda demanda más alta de energía térmica en un hogar. El consumo de ACS depende de los hábitos del usuario y difiere en cada país y cada hogar. Se estima que el consumo medio diario de ACS a 60 ºC es aproximadamente 40 litros por persona lo que se traduce en 2 kwh. : Esta energía necesaria para la producción de ACS se puede obtener mediante calentadores eléctricos, calderas de gas, quemadores de butano, colectores solares, etc. En edificios multifamiliares la producción puede ser centralizada o localizada en cada vivienda. Nota: Para evitar pérdidas de calor en el transporte del agua, el recorrido de las tuberías debe ser lo más corto posible y tener el aislamiento adecuado. La temperatura de consumo debe ser 60 ºC. : Normalmente, durante el periodo de funcionamiento de la calefacción, el ACS se produce por el mismo sistema de calefacción. En verano, la producción de ACS se debe hacer por separado ya que no se puede utilizar la misma entrada a la caldera. Especialmente, la eficiencia de un calentador viejo puede descender al 40 %, mientras que calentadores modernos que pueden variar el modo de funcionamiento alcanzan eficiencias del 80 % o superiores. Cantidad (Litros/día) Temperatura (ºC) Consumo Energético Lavado de manos 3 6,l 37 0,1-0,2 kwh Cuidado diario del cuerpo 9 12,l 37 0,3-0,4 kwh Lavado vajilla (1 persona) 4 7,l 60 0,3-0,5 kwh Ducha 30 50,l 37 1,0-1,7 kwh Baño ,l 27 5,0-6,0 kwh Lavado manos 3 6,l 37 0,1-0,2 kwh Tabla 1 - Cantidad media de ACS consumida. 4.1 Dispositivos de producción de ACS Existen diferentes dispositivos para la producción de ACS que se clasifican según la fuente de energía utilizada. A su vez, los sistemas de producción de ACS pueden ser de transferencia directa o indirecta. En los sistemas de transferencia directa, el agua está en contacto con la fuente de energía (electricidad, caldera de llama), mientras que en los métodos indirectos el calentamiento de agua se produce a través de un intercambiador de calor por el que circulan dos fluidos diferentes, uno de ellos es el agua y el otro es el llamado fluido caloportador (no tiene por qué ser agua). 41

46 Algunos sistemas de producción de ACS tienen un sistema de almacenamiento de agua caliente formado por un depósito que adapta en el tiempo la disponibilidad de energía y la demanda. El cálculo del tamaño del depósito depende de la demanda y del tiempo empleado en calentar el agua de dicho depósito. En un sistema de producción de ACS instantáneo, sin depósito de acumulación, el agua tal como se calienta, se consume. Estos sistemas de producción instantánea no son adecuados para lugares donde se produce un consumo frecuente pero muy pequeño, por ejemplo en baños para lavarse las manos Calentadores eléctricos con depósitos En un sistema de almacenamiento eléctrico, por lo general la transferencia es directa. Son la tecnología más común y el coste de los equipos es muy bajo. Pueden calentar y almacenar grandes volúmenes de agua. Los calentadores eléctricos necesitan cerca de un 10-20% más de energía debido a las pérdidas en stand-by. La desventaja que tienen es la limitación del volumen ya que cuando el agua caliente almacenada se consume, se debe esperar un tiempo hasta disponer otra vez de agua caliente Calentadores eléctricos instantáneos Estos sistemas no tienen un depósito de almacenamiento. Calientan el agua según se demanda, utilizando energía eléctrica para calentar el agua mientras pasa. Pueden proporcionar agua caliente de forma continua, pero conllevan un gran consumo de electricidad y tienen un alto coste inicial. Pueden no tener suficiente capacidad para proporcionar grandes volúmenes de agua caliente. Por ello se utilizan a menudo como calentadores auxiliares para apoyar a otro sistema de calentamiento de agua. Generalmente, los sistemas de almacenamiento de agua caliente son más eficientes Calentadores indirectos con acumulación El agua proveniente de una caldera de gas o gasóleo pasa a través de un serpentín inmerso dentro de un depósito que almacena el agua caliente. Los calentadores de agua indirectos pueden proporcionar grandes volúmenes de agua caliente, pero resultan menos eficientes cuando la demanda de calefacción es baja Caldera de gas instantánea El ACS se produce en una caldera de gas instantánea, normalmente son calderas para casas unifamiliares. La principal ventaja es la sencillez en la operación y su pequeño tamaño. Por el contrario, la eficiencia es baja y la temperatura del agua varía según el caudal Calentadores-Bombas de calor. Utilizan el calor del ambiente para calentar el depósito de agua caliente. Los ahorros energéticos pueden superar el 50% en comparación con los depósitos convencionales. Además, refrescan y deshumidifican el aire que rodea el equipo, lo que resulta útil si existe una demanda de refrigeración. A pesar de su alto coste inicial y la mayor necesidad de mantenimiento, los calentadores basados en bomba de calor pueden ser más rentables que los calentadores convencionales eléctricos, especialmente en climas templados. 42

47 4.1.6 Calentadores solares (energía solar térmica) Definición: Este tipo de calentadores utilizan la energía del sol para calentar agua. La mayoría de los calentadores solares de agua caliente utilizan sistemas solares activos (colectores) para captar las radiaciones solares. La ventaja es que la energía solar constituye una fuente energética gratuita e inagotable y el coste de operación de este sistema es casi nulo. Por el contrario, tiene la desventaja de que la inversión inicial es bastante alta y además la presencia del sol es impredecible por lo que es necesario disponer de un sistema auxiliar de producción de ACS en caso que no haya sol. Nota: La energía del sol es captada por los colectores solares que transfieren dicha energía a un fluido caloportador que a su vez la transfiere al agua de consumo. Esta agua caliente preparada para el consumo se almacena en un depósito a esperas de ser utilizada. Estos sistemas se pueden utilizar tanto para la producción de ACS, calentamiento de piscinas o para calefacción. Como fluido caloportador se puede utilizar agua pero si existen riesgos de congelación se deben utilizar anticongelantes. Sin embargo, se requiere de un sistema de apoyo con caldera convencional, ya que no pueden proporcionar el 100% de la demanda de agua caliente (generalmente cubren el 50% de la demanda). Para garantizar la máxima eficiencia del sistema, es necesario encontrar una combinación adecuada de los colectores solares, el acumulador de calor y la temperatura de trabajo del sistema de calefacción. El sistema de regulación es muy importante, se coloca una sonda de temperatura a la salida de los colectores y otra en el depósito de acumulación, cuando la temperatura en los colectores es superior a la temperatura del depósito de acumulación, el regulador acciona la bomba de circulación y todo el fluido se comienza a mover transportando, de esta manera, el calor desde los colectores hasta el depósito acumulador. Una vez que el regulador detecta que ambas temperaturas son similares, ordena parar la bomba y así se evitan pérdidas de calor. Fig.1 Esquema de instalación solar térmica para ACS 43

48 Nota: Ventajas de producción de ACS mediante sistemas solares: Proporciona el 50-70% de las necesidades energéticas anuales para la producción de ACS. La instalación tiene una vida útil de años. Estos sistemas reducen a la mitad la factura de energía debida al calentamiento de agua. En verano se consigue una cobertura total en la demanda de ACS. La instalación tiene un fácil mantenimiento. Es una fuente de energía renovable que no contamina el medioambiente 4.2 Consejos y sugerencias de cómo ahorrar agua y energía. La producción de ACS conlleva un alto consumo de energía llegando a representar el 25% de la energía consumida en los hogares españoles. Realizando un uso eficiente del agua y la energía, se consigue un ahorro de dinero y también se disminuyen las emisiones de CO 2 asociadas a la combustión de combustibles fósiles. Nota: El primer paso a seguir es evitar todas las fugas de agua caliente. Estas fugas suponen pérdidas importantes con el paso del tiempo. Por ejemplo, un goteo constante de 10 gotas por minuto, supone una pérdida de 40 litros a la semana. El siguiente paso consiste en disminuir el consumo. Existen muchas posibilidades: Mezcla Una gran pérdida de agua y energía se produce en el mezclado del agua. Cuando se abre el grifo y hasta que se consigue la temperatura idónea, se producen pérdidas tanto de agua como energía al dejar correr el agua. Para minimizar esta pérdida existe un sencillo truco: abrir primero el agua caliente y cuando ésta fluya, abrir el agua fría y regular la temperatura. Si sólo te vas a lavar las manos el agua requiere menos temperatura, si vas a tomar una ducha aumenta el caudal de agua caliente hasta conseguir la temperatura adecuada. Cuando termines, cierra en primer lugar el grifo del agua caliente y a continuación el del agua fría. Estas pérdidas pueden parecer ridículas, pero la suma de las pérdidas producidas en todos los hogares españoles ya es una cantidad importante. Si aplicando este truco consigues ahorrar decilitros o incluso litros cada vez que abras el grifo, el ahorro anual puede alcanzar varios metros cúbicos. Uso de grifos monomando El problema de las pérdidas debido a la mezcla se puede resolver utilizando un grifo monomando. Si dispones de un grifo monomando, debes averiguar la posición para la cual el agua caliente tiene la temperatura adecuada. Una solución ideal es utilizar un termostato en toda la casa porque únicamente debes ajustar la temperatura del agua en el termostato y ya no tienes que preocuparte de más. Minimizar el recorrido del agua En el transporte del agua desde la caldera hasta los puntos de consumo se producen unas pérdidas de energía, por lo tanto cuanto menor sea este recorrido, mejor ya que se producirán menos pérdidas. 44

49 Cambiar los hábitos Tomar una ducha en vez de un baño, ya que una ducha corta sólo consume una tercera parte de lo que consume un baño. Otros consejos y medidas Instalar cabezales de ducha de bajo caudal. Pueden reducir el consumo de agua caliente en más del 30%. Utilizar grifos con aireador: los aireadores pulverizan el agua y reducen el consumo de agua en un 25-50% por cada grifo. Utilizar grifos con regulador de caudal: estos grifos disponen de un dispositivo que permite limitar el caudal máximo del agua. Algunos pueden manipularse sin desmontar el grifo. Utilizar etiquetas cerca de los baños, duchas, fregaderos, etc. Promoviendo la conservación del agua. 30 segundos son suficientes para lavarse las manos. Los grifos con sensores de infrarrojos consiguen ahorros en el consumo de agua entre el 70 y el 80%, sin embargo su precio es el más elevado de todas las clases de grifos. Los grifos con botón temporizador son menos costosos y son una buena alternativa para el ahorro del agua. Nota: Si todos los consejos anteriormente citados se llevan a la práctica, se puede conseguir un ahorro energético del 30-40% que supone aproximadamente un ahorro energético del 7-10% del total de energía consumida en el hogar. 4.3 Ejercicios y preguntas 1. Cuál es la temperatura de consumo de ACS?.. 2. Qué consume menos agua? Tomar un baño Tomar una ducha 3. Qué parte de la demanda de agua caliente se puede cubrir con un sistema solar?.. Riferimenti Ignacio Zabalza, Alfonso Aranda Usón, Energía Solar Térmica, Prensas Universitaria de Zaragoza, 2009 Greg Pahl: Natural Home Heating: The Complete Guide to Renewable Energy Options, Chelsea Green Publishing,

50 Enlaces web Puntos clave: La producción de ACS, normalmente, es el segundo consumo de energía producido en un hogar después del consumo debido a la calefacción. El consumo mínimo de ACS a 60ºC estimado para una persona y día es de 40 litros lo que supone un consumo energético 2 kwh. Para evitar las pérdidas de calor en las tuberías se debe minimizar el recorrido y aislarlas correctamente. El primer paso para ahorrar agua y energía consiste en prevenir las fugas de agua caliente. Un goteo constante de 10 gotas por minuto, supone 40 litros por semana. Tomar una ducha consume una tercera parte de agua caliente de lo que consume tomar un baño. Es aconsejable colocar dispositivos economizadores de agua en los grifos. Se pueden utilizar fuentes renovables para la producción de ACS: sistemas solares. térmicos. 46

51 5 Iluminación IUSES Uso de la energía en los edificios Objeto de aprendizaje. En este capítulo aprenderás: La importancia de la luz para los humanos. Cómo usar la luz natural y artificial Visión general de las posibles fuentes de luz artificial. Qué es la luz, cómo medirla y consejos para su correcto uso en edificios. Definición: Las personas necesitan una luz adecuada para desarrollar sus actividades, dicha iluminación debe satisfacer las necesidades fisiológicas, psicológicas y estéticas de las personas. Esta iluminación incluye tanto las fuentes de iluminación artificial (lámparas y bombillas) como la iluminación natural procedente del sol. Nota: VLa iluminación natural es muy importante para el ser humano ya que sin el estímulo diario de la luz natural, la visión humana podría degenerarse. Por lo tanto, esta luz natural que pasa a través de las ventanas y claraboyas es la principal fuente de luz durante el día en los edificios donde las personas trascurren su vida Cuando la luz natural no es suficiente, se hace necesario utilizar también luz artificial, dicha luz artificial se puede combinar con la procedente del sol o en el peor de los casos incluso se podría utilizar únicamente luz artificial. Nota: Usar la luz natural durante el día reduce la demanda de energía y los relativos costes. Aún así y como se ha comentado con anterioridad es necesaria la iluminación artificial. Por lo tanto, la iluminación artificial representa un componente importante del consumo de energía, lo que representa una parte significativa de toda la energía consumida en todo el mundo. Nota: A día de hoy, la principal fuente de energía para suministrar luz artificial es la electricidad, aunque también existen otras fuentes que fueron utilizadas en el pasado y que aún se siguen utilizando en menor medida: iluminación de gas, velas o lámparas de aceite. 47

52 5.1 Luz natural Luz natural IUSES Uso de la energía en los edificios Definición: La fuente de la luz natural es tanto los rayos directos provenientes del sol como los rayos dispersados en la atmósfera. La intensidad y el color de la luz del día varían durante el año y también depende de la latitud geográfica y las condiciones climáticas. La luz natural pertenece al grupo de los principales factores del medioambiente que tienen un enorme impacto sobre el ser humano ya que afecta a las condiciones físicas y psíquicas. Por lo tanto, existen algunas normas y recomendaciones en cuanto a la calidad y cantidad de luz. El criterio cuantitativo se refiere al nivel de intensidad de la luz del día mientras que los criterios cualitativos se definen por el flujo luminoso, la dirección de la luz, el brillo de iluminación y el deslumbramiento. Este deslumbramiento es provocado por un alto un alto brillo o contraste, por ejemplo las ventanas del tejado orientadas hacia el sur. Por lo tanto, es necesario regular la entrada de los rayos solares a los espacios interiores. Existen numerosas formas de hacer esta regulación y su elección depende de escoger los instrumentos que mejor se ajusten o de elegir aquellos que sean más económicos. Elementos fijos: se sitúan en el lado externo de la ventana, por ejemplo toldos fijos de terraza. Elementos movibles: se pueden regular según las necesidades y se colocan tanto en el interior como en el exterior, por ejemplo persianas, cortinas, lamas. 5.2 Luz artificial Definición: La iluminación artificial, como bien indica su nombre, es producida por fuentes artificiales cuando la luz natural es insuficiente. Las fuentes modernas son capaces de crear una iluminación similar a la luz natural. Nota: La intensidad de la luz debería de estar acorde con el tipo de actividad a desempeñar, más baja para actividades que no requieran un alto nivel de iluminación y más alta para aquellas actividades que sean más exigentes visualmente. Además también debe crear un ambiente adecuado y agradable La iluminación, normalmente, se divide en iluminación centralizada y localizada. No existe un principio fundamental en cuanto al diseño de la iluminación ya que debe estar allí donde sea necesaria. La forma de iluminación también es importante, pudiendo ser directa, semidirecta, indirecta o mixta. Cuando la iluminación es directa, la luz cae directamente sobre el sitio a iluminar utilizando toda la luz emitida por la fuente, de esta manera resulta muy económica pero por el contrario tiene la desventaja de que causa deslumbramientos. La iluminación semidirecta es producida por una fuente que emite no sólo hacia abajo sino también hacia arriba (techo y paredes). Con este tipo de 48

53 iluminación la habitación parece más confortable y la luz reflejada desde el techo hace las sombras ligeras y el deslumbramiento es más aceptable. Este tipo de iluminación es más óptimo que el directo por lo que se utiliza con mucha más frecuencia. La iluminación mixta emite luz en todas las direcciones, de modo que todas las superficies quedan iluminadas (suelo, techo, paredes). En la iluminación indirecta el flujo de luz se enfoca hacia el techo y después refleja hacia toda la habitación que es iluminada de forma uniforme y sin deslumbramientos. La desventaja de este sistema de iluminación es la pérdida de flujo luminoso debido a la reflexión Fuentes de luz Nota: Existen dos fuentes principales de luz, térmicas y luminiscentes. Las fuentes térmicas (sol, bombillas incandescentes) emiten luz debido al calentamiento de un material a muy altas temperaturas, en cambio las fuentes luminiscentes (fluorescentes, bajo consumo) emiten luz a partir del fenómeno de la luminiscencia. Los parámetros técnicos que caracterizan a la fuente en cuanto a cantidad y calidad, son los siguientes: voltaje (V) potencia (W) flujo luminoso (lm) rendimiento luminoso (lm/w) temperatura (K) Definición: Las bombillas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de energía eléctrica. Este tipo de alumbrado es muy ineficiente ya que el 90% de la energía consumida se pierde en forma de calor y únicamente el 10% se transforma en luz. La reproducción del color es muy agradable y se aproxima al de la luz natural. La vida de una bombilla incandescente es muy corta, alrededor de horas. La potencia de las mismas varía entre 15 y W y suelen tener un rendimiento luminoso de 6 a 16 lm/w. Aunque inicialmente parezca que son más económicas, a la larga resultan más caras ya que tienen una vida muy corta y tienen un consumo muy elevado. Las bombillas halógenas es un tipo alumbrado que se suele destinar hacia iluminación decorativa (escaparates, expositores) e íntima (dormitorios). Este alumbrado posee un rendimiento algo mayor que el de las incandescentes, alrededor de 11 a 25 lm/w y su vida está entre y horas. Funcionan a bajo voltaje por lo que es necesario un transformador que disminuya la tensión. La potencia de las lámparas halógenas varía entre 20 y W y poseen el índice cromático más elevado entre los distintos tipos de iluminación. 49

54 Definición: Los fluorescentes se basan en la emisión luminosa que algunos gases como el flúor emiten al paso de la corriente eléctrica. Son un tipo de alumbrado muy eficiente puesto que en este proceso se produce un menor calentamiento y la electricidad se destina, en mayor proporción, a la obtención de la propia luz, su rendimiento luminoso está entre 60 y 93 lm/w y su vida útil se estima en torno a las horas. Su uso está destinado para oficinas, escuelas e interiores de menos de 4 metros de altura y que tengan un largo periodo de encendido. El modo de producir la luz es similar al de las lámparas de bajo consumo. Definición: Las lámparas de bajo consumo son pequeños tubos fluorecentes que se han ido adaptando progresivamente al tamaño, las formas y los soportes de las bombillas a las que estamos comúnmente habituados: por esta razón las lámparas de bajo consumo son conocidas también como lámparas compactas. Son más caras que las bombillas incandescentes aunque, por el ahorro en electricidad, se amortizan mucho antes de que termine su vida útil (entre y horas). Duran ocho veces más que las bombillas incandescentes y proporcionan la misma luz, consumiendo apenas un 20-25% de la electricidad que necesitan las incandescentes. Por todo ello su uso está tan extendido hoy en día. Este tipo de lámparas se fabrican en una amplia gama de tonalidades desde el rosa y amarillo hasta imitar a la luz natural, por lo que su índice cromático es bastante bueno. Tienen un rendimiento luminoso más alto que el de las bombillas incandescentes que varía de 50 a 81 lm/w. Bombilla incandescente a sustituir (W) Luminarias Lámpara de bajo consumo con la misma intensidad de luz (W) Ahorro en kwh durante la vida de la lámpara Tabla 1 - Ahorros para substitución de lámparas. Ahorro en coste de electricidad durante la vida de la lámpara (euros) Definición: Una parte importante de la iluminación corresponde a las luminarias ya que diferentes fuentes de energía requieren diferentes tipos de luminarias. Poseen una doble función: por un lado, sirven de soporte y conexión a la red eléctrica a las lámparas y, además, deben cumplir una serie de características ópticas, mecánicas y eléctricas para conseguir un funcionamiento eficiente. Desde un punto de vista óptico, la luminaria es responsable del control y la distribución de la luz emitida por la lámpara. Es importante que en el diseño de su sistema óptico se cuide la forma y distribución de la luz, el rendimiento del conjunto lámpara-luminaria y el deslumbramiento que pueda provocar en los usuarios. Además, las luminarias deben ser de fácil instalación y mantenimiento. Para ello, los materiales empleados en su construcción han de ser los adecuados 50

55 para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la temperatura de la lámpara dentro de los límites de funcionamiento. Todo ello sin perder de vista aspectos no menos importantes como la economía o la estética. Nota: Una buena elección de la luminaria aporta una alta eficiencia de trabajo, confort y una mejor salud visual Consumo energetico Nota: La iluminación artificial representa una gran parte del consumo energético eléctrico de todo el mundo, en concreto representa una quinta parte del consumo eléctrico de un hogar español. Este consumo eléctrico aun es mayor para otro tipo de edificios como aquellos destinados a oficinas donde el consumo eléctrico debido a la iluminación puede llegar hasta un 90%. En estos edificios donde la iluminación es un coste bastante importante es necesario un control sobre la misma para evitar iluminación innecesaria y asegurarse que se utiliza la más eficiente. Para hacerse una idea, una única bombilla de 100 W encendida 6 horas al día, supone un coste de 28 por año aproximadamente. Así pues, la iluminación representa un componente importante del uso de la energía hoy en día, especialmente en grandes edificios de oficinas donde hay muchas alternativas para la utilización de la energía en alumbrado. Existen varias estrategias disponibles para reducir al mínimo las necesidades energéticas en todo el edificio: Nota: Limpiar las luminarias y pintar con colores claros las paredes y techos. Reducir los niveles de iluminación hasta el nivel mínimo recomendado para las actividades que se vayan a realizar en el recinto en cuestión. Aprovechar al máximo la luz natural, especialmente en nuevos edificios, si es necesario se puede redistribuir las áreas de trabajo para aprovechar al máximo el uso de la luz natural. Sustituir siempre que sea posible, bombillas incandescentes por bombillas de bajo consumo y mayor vida útil. Emplear temporizadores, detectores de movimiento o controladores del nivel de iluminación. Selección de la mejor tecnología disponible de luminarias. Formación de los usuarios para hacer un uso eficiente de la iluminación. 5.3 Ejercicios y preguntas 1. Cuáles son los criterios cuantitativos y cualitativos requeridos por la luz? 2. Por qué es necesario regular los rayos directos de sol en los espacios internos? 51

56 3. Qué es la iluminación directa? 4. Qué datos técnicos caracterizan las fuentes de emisión de luz?. 4 Quali dati tecnici caratterizzano la sorgente luminosa?. Referencias Fetters, John L.: The Handbook of Lighting Surveys & Audits, CRC Press, 1997 Enlaces web Puntos clave: Es necesario un alumbrado adecuado para ver y trabajar. La luz natural (a través de ventanas y claraboyas) debe ser utilizada como fuente principal de luz durante el día. La intensidad de la luz debería de estar acorde con el tipo de actividad a desempeñar, más baja para actividades que no requieran un alto nivel de iluminación y más alta para aquellas actividades que sean más exigentes visualmente. Además también debe crear un ambiente adecuado y agradable. Es posible conseguir ahorros de energía hasta el 80% al sustituir lámparas de bajo consume por bombillas incandescentes. La manera más sencilla y obvia de ahorrar energía es apagar las luces cuando no sean necesarias. 52

57 6 Aparatos eléctricos y dispositivos electrónicos. Objeto de aprendizaje. En este capítulo aprenderás: Las unidades de medida de la electricidad y como se calcula el consumo eléctrico. Cómo se interpreta la etiqueta energética europea de los equipos eléctricos. Una visión general de las características de los principales equipos utilizados en los hogares y la forma de ahorrar energía utilizándolos adecuadamente. 6.1 Descripción general, potencia y consumo En nuestras casas estamos rodeados de todo tipo de aparatos eléctricos y electrónicos que usamos regularmente para satisfacer nuestras necesidades. Consideramos su uso tan elemental que a veces olvidamos el coste de energía que ese uso lleva asociado. Nota: En España, estos aparatos representan alrededor del 12% del consumo típico de energía de una familia. Este porcentaje es bastante mayor si sólo nos referimos al consumo de electricidad del hogar. El consumo de todos los aparatos eléctricos y la iluminación representa alrededor del 75% de la electricidad consumida en los hogares. En estos aparatos eléctricos están incluidos los seis grandes consumidores de electricidad (frigoríficos, congeladores, lavadoras, lavavajillas, televisores y secadoras), y muchos otros equipos más pequeños. Grafico 1 - Repartición del consumo eléctrico del hogar. Los principales aparatos que consumen electricidad son los siguientes: Frigorífico y congelador Lavadora y secadora Placas de cocción y horno eléctricos Lavavajillas Calentador de agua Plancha Aire acondicionado 53

58 A parte del precio de compra, que normalmente es el criterio utilizado para la elección de un aparato, debería ser considerado seriamente el coste de funcionamiento del aparato durante su vida. Definición: Este coste de funcionamiento es lo que se paga en la factura de electricidad todos los meses durante muchos años (dependiendo de su vida) debido a su consumo. Los modelos con una alta eficiencia energética, normalmente tienen un mayor coste de compra inicial, pero ahorran cantidades significativas de energía y por lo tanto dinero. Sabes que es la Etiqueta Energética? Uno de los principales objetivos de la etiqueta energética de la Unión Europea es ayudar a las familias a tomar decisiones sobre la compra de aparatos que consumen energía. También es un incentivo para los fabricantes para tratar de mejorar la eficiencia energética de sus productos. La etiqueta energética sólo es obligatoria para un grupo de productos, como bombillas, coches y la mayoría de aparatos eléctricos (como frigoríficos, estufas, lavadoras y otros ya mencionados). Existen otros aparatos con un menor consumo de energía que todavía no son calificados con la etiqueta energética. Algunos de estos aparatos sin etiquetar son: tostadoras, ventiladores, batidoras, etc. Definición: La etiqueta energética es un adhesivo fácilmente reconocible que proporciona información clara sobre el consumo de energía y otras prestaciones de los productos y debe estar visible en los nuevos aparatos expuestos para la venta. Fig.1 Etiqueta Energética Una parte importante de una etiqueta energética es la escala de calificación de eficiencia energética, que informa de la clase de eficiencia energética del electrodoméstico, es decir, del consumo del aparato en relación al consumo medio de un aparato de similares características. Dicha escala proporciona un simple índice compuesto por un código de letras y colores que van desde el verde y la letra A, para el más eficiente (el que menos energía consume), hasta el color rojo y la letra G, para el menos eficiente (el que más energía consume). Nota: Cada bajada de peldaño desde la A significa un aumento del consumo de energía en aproximadamente un 12-15% más que la letra que le precede. Así pues, podemos decir que una lavadora de clase A consume hasta un 24% menos que una lavadora con las mismas prestaciones de clase C y hasta un 36% menos que las de clase D. Sólo en los aparatos de frío (frigoríficos, congeladores, etc.), se añaden dos peldaños más, uno indica la clase A+ y el otro la clase A++ que, como es lógico, tienen el menor consumo. 54

59 Nota: Por lo tanto si tenemos en cuenta que la vida útil de un electrodoméstico es mayor de 10 años, el ahorro de energía que se puede obtener durante todo este período es muy grande. Hay que señalar que actualmente casi todos los electrodomésticos disponibles en el mercado son de clase A. Cómo estimar el consumo de electricidad de los electrodomésticos? Cuánta electricidad consumen? El primer paso para hacer tu hogar más eficiente es entender donde se utiliza la energía. Se puede tener un gran éxito en la reducción de la factura de electricidad si se centra en las áreas donde se consume la mayor parte de la energía. Para ello es indispensable conocer los siguientes dos conceptos básicos. 1. Potencia eléctrica Definición: El consumo de electricidad de un aparato en primer lugar, depende de su potencia eléctrica, es decir, la máxima potencia absorbida por el aparato. La potencia de los aparatos se puede ver en la mayoría de los casos estampada en la parte inferior o posterior del aparato o en su placa. Nota: Generalmente se expresa en vatios (W) o kilovatios (kw) (Recuerda que 1 kilovatio (kw) = vatios) Así que, si se tienen 500 W, significa 0,5 kw (obtenidos de 500/1.000) Aquí se representan algunos ejemplos del rango de potencia para algunos aparatos eléctricos, teniendo en cuenta que pueden variar mucho según el tipo, el tamaño y las condiciones de trabajo. Aparato eléctrico Potencia Aparato eléctrico Potencia (W) (W) Cafetera (4/10 tazas) Aire acondicionado individ Tostadora 900 Acuario Licuadora 300 Deshumidificador 800 Microondas Manta eléctrica 150 Plancha Calentador de agua (150 l) Lavadora Reproductor CD 30 Secadora Ordenador + monitor Lavavajillas Portátil 50 Ventilador de mesa Televisor (25 / 19 ) Ventilador de techo Radio (stereo) Aspirador Freidora Secador de pelo Frigorífico Tabla 1 Rangos de potencia de aparatos eléctricos 55

60 2. Consumo eléctrico Cuando se usa la electricidad para ver la televisión (o simplemente manteniéndola en standby) durante una hora, se están consumiendo 150 vatios-hora de electricidad. Nota: En otras palabras, el consumo se obtiene multiplicando potencia y tiempo. Y, vatios-hora equivale a 1 kilovatio-hora (1.000Wh = 1kWh). Sin embargo, es importante tener en mente que, puesto que muchos aparatos tienen una serie de ajustes (por ejemplo, el volumen de la radio, la temperatura seleccionada en un aire acondicionado, el brillo de la televisión, etc.), la cantidad de potencia consumida depende en todo momento de la configuración utilizada de estos ajustes. Esto significa que si un aparato no está funcionando a su máxima potencia (por ejemplo, un aire acondicionado que funciona a una temperatura que no es la máxima de funcionamiento) la electricidad consumida no es exactamente igual a la potencia por el tiempo. Este consumo se obtiene multiplicando por el coeficiente factor de demanda, el cual es un número adimensional que toma el valor de uno cuando se trabaja a máxima potencia y menos de 1 según va disminuyendo la carga de trabajo. Cálculo del consumo: En primer lugar, ya sabemos que el consumo de electricidad se mide en kilo-vatioshora (kwh). Nota: Para estimar el consumo de electricidad de un aparato eléctrico se pueden seguir estos pasos: 1.Mirar su potencia (ésta nos viene indicada en vatios o kilovatios). 2.Hacer una estimación de cuantas horas está funcionando al día (por ejemplo, la televisión 3 horas, el frigorífico 24 horas). 3. Multiplicar la potencia por las horas que está funcionando el aparato y por el factor de demanda. La formula es: Consumo energía kwh Potencia kw Tiempo horas funcionami ento Factor demanda 4.Luego, multiplicar el consumo por el número de días a la semana, mes o año que se utiliza el aparato (según el período de tiempo en el que se quiere calcular el consumo). Por último, se puede calcular el coste anual, mensual o diario de funcionamiento del aparato, multiplicando la electricidad consumida (kwh) por el precio de una unidad de kwh (aproximadamente 14 cents /kwh). La formula es: Consumo energía kwh Pr ecio electricidad cents kwh Coste / 56

61 Ejemplos de cálculo: Secador de pelo: IUSES Uso de la energía en los edificios hora días semanas W Consumo electricidad día semana mes 21, kwh mes kwh cents Coste mensual 21, ,4 cents mes kwh mes cents 1 meses Coste anual 302, ,28 mes 100cents año año Ordenador y monitor: hora días 140 W 0,9* Consumo electricidad día año 183, kwh año kwh cents 1 Coste anual 183, ,7 año kwh 100cents año * 0,9 es el factor de demanda considerado. Recuerda que Wh = 1kWh. En las fórmulas de arriba se divide por para transformar vatios-hora (Wh) en kilovatios-hora (kwh) que son las unidades más adecuadas para expresar los consumos de electricidad. Observa: si en los ejemplos los consumos de electricidad se expresaran en vatios-hora (Wh), se obtendría un consumo de Wh para la plancha y Wh para el ordenador y monitor; estos números son grandes y más incómodos de manejar. Nota: se ha tomado el precio de la electricidad de 14 cents /kwh (precio aproximado con impuestos incluidos). Lectura de tu factura de electricidad. Definición: Tu factura de electricidad por lo general muestra los kilovatios-hora consumidos y su precio. La multiplicación de estos dos factores más la suma de otros conceptos (impuestos, gastos administrativos, etc) da como resultado la cantidad a pagar. Nota: En Europa, la tasa promedio residencial es de 20 céntimos de euro por kwh, variando de 9 cent /kwh en Bulgaria a 32 cent /kwh en Dinamarca. En España el precio del kilovatio-hora es aproximadamente 14 céntimos de euro con impuestos incluidos. Un típico hogar español consume alrededor de kwh por año con un coste promedio de 600 al año. 57

62 6.1.1 Consejos generales sobre como ahorrar energía. Dos simples cosas a observar: Tener cuidado al comprar electrodomésticos. Comprar productos energéticamente eficientes (clase A o clases A+, A++ en el caso de frigoríficos) y acostumbrarse a mirar el consumo de energía en la etiqueta energética y también la potencia eléctrica (sobre todo para los aparatos que carecen de etiqueta energética). Operar de manera eficiente: tratar de no utilizar los aparatos si no son necesarios y apagarlos cuando no se estén utilizando. Nota: Muchos aparatos siguen consumiendo energía una vez que han sido apagados. Estos consumos fantasma se dan en la mayoría de aparatos que utilizan electricidad, tales como vídeos, televisores, estéreos, ordenadores y algunos electrodomésticos. Estos consumos fantasmas engordan nuestra factura de electricidad, pero se pueden evitar desconectando el dispositivo o utilizando regletas con un interruptor que cortan el paso de la electricidad a todos los enchufes. 6.2 Aparatos eléctricos Frigoríficos y congeladores Hoy en día, los frigoríficos y neveras son indispensables en los hogares ya que permiten una mejor conservación de los alimentos. Nota: Debido a que son máquinas que están en funcionamiento horas al año (todo el año), su consumo en total del año es el más alto de todos los aparatos de una casa. A pesar de que estos dispositivos tienen una potencia relativamente baja, su alto número de horas en funcionamiento hace que sean los mayores consumidores de energía en el hogar incluso más que otros aparatos con mayor potencia. Alrededor del 15-20% de la electricidad consumida en las viviendas españolas se destina a la refrigeración y congelación de los alimentos. Hay que recordar que la mayor parte del consumo eléctrico de un frigorífico es debido al compresor (mira el funcionamiento de un sistema de refrigeración en el capítulo de aire acondicionado), el cual no está en funcionamiento todo el rato sino que arranca y se apaga varias veces al día. Se puede estimar un trabajo de unas 4 horas al día. Como se ha mencionado, los aparatos frigoríficos se clasifican con dos niveles más de eficiencia energética, es decir, la clase A+ y A++ que expresan un consumo relativo más bajo. Un frigorífico nuevo con etiqueta A+ consume alrededor de un 42% de electricidad en comparación con un modelo A ++ A+ A B C D E F G < % 55 % 75 % 90 % 10 0% 11 0% 12 5% 12 5% convencional (clase D o E), y sólo un 30% de electricidad si el modelo nuevo es A++. En estos dispositivos es muy importante evitar las pérdidas de frío ya que se necesitará compensar esta pérdida de frío y esto conlleva a un mayor consumo. 58

63 Las principales causas de las pérdidas de frío son: Aislamiento: la transferencia de calor a través del material que conforma las paredes del frigorífico. Alimentos: la transferencia de calor de los alimentos (si la temperatura de los alimentos al dejarlos en el frigorífico es mucho mayor que la temperatura del propio frigorífico). Sellado de la puerta (junta): la transferencia de calor a través de la junta que es la responsable del cierre hermético. Puerta abierta: la transferencia de calor que sucede cuando se deja la puerta abierta o se abre frecuentemente. Consejos sobre su uso: Mirar la ETIQUETA ENERGÉTICA a la hora de comprar un frigorífico nuevo y elegir uno de clase A+ o A++. Elegir el frigorífico nuevo que más se ajuste a las necesidades domésticas. No introducir alimentos calientes. Cuando se tiene que sacar comida del congelador, dejarla a descongelar en el frigorífico en vez de afuera, de esta forma se contribuye a disminuir la temperatura en el frigorífico. Asegurarse de que la puerta está herméticamente cerrada. Se puede comprobar cerrando la puerta sobre un trozo de papel, si el papel se puede extraer fácilmente significa que la junta debe ser reemplazada. Mantener las puertas abiertas el menor tiempo posible. No colocar el frigorífico en lugares calientes y con poca ventilación. El aparato no debe recibir directamente los rayos del sol ni encontrarse próximo a un foco activo de calor. No mantener el frigorífico o el congelador a temperaturas demasiado bajas. Las temperaturas recomendadas son 5ºC para el frigorífico y -18ºC para el congelador. Regularmente descongelar el congelador; el hielo acumulado disminuye la eficiencia energética. No permitir que el hielo alcanza un espesor mayor de 3 mm Lavadoras Se trata de un aparato esencial que está presente en la mayoría de los hogares españoles. El número de veces que se utiliza depende de los hábitos del usuario, pero puede estimarse, en promedio, entre 3 y 5 veces por semana. Después del frigorífico y el televisor, es el aparato eléctrico que más energía consume en los hogares españoles. La lavadora lava la ropa usando agua caliente y detergente en un proceso de rotación dentro de un tambor de carga. Nota: El mayor consumo de energía no se debe al giro constante del tambor, sino que se debe al calentamiento de agua que se realiza con una resistencia eléctrica, consumiendo alrededor del 90 % de la energía total del proceso de lavado. Fig.2 Causas de pérdida de frío 59

64 Fig. 3 Consumo de agua y energía en el ciclo de lavado Otro factor importante que influye en el consumo de energía está relacionado con la cantidad de agua utilizada, ésta varía de 30 a 50 litros. La etiqueta energética de las lavadoras muestra todas estas cuestiones: la eficacia de lavado, la eficacia de giro, el agua consumida y el consumo de energía por ciclo. Consejos sobre su uso: Comprar equipos con etiqueta energética de clase A. Prestar atención no solo al consumo de energía sino también al consumo de agua. Ambos valores están presentes en la etiqueta energética. Trabajar con cargas completas. Si se va a lavar poca ropa, usar el ajuste del nivel de agua o mejor aún, esperar a tener más ropa sucia. Lavar con agua fría o ajustar la temperatura al valor más bajo posible, 30ºC sería suficiente. No seleccionar programas más largos de lo necesario y utilizar el programa de prelavado solo para ropa muy sucia. Dosificar correctamente el detergente, un exceso genera un peor resultado de lavado y un mayor impacto al medio ambiente. En lavadoras-secadoras, limitar en lo posible la función de secado a los días de lluvia. Las nuevas lavadoras bitérmicas funcionan con dos fuentes de agua, agua caliente y agua fría. El agua caliente se toma de la red de ACS que ya está precalentada y así se produce un menor consumo de energía Lavavajillas El uso de este electrodoméstico está creciendo día a día, de acuerdo con el aumento de nuestro nivel de comodidad y con la disminución de tiempo disponible. En el 2008 el 45% de los hogares españoles posee un lavavajillas y lo utiliza casi todos los días, por lo que es uno de los aparatos de mayor consumo de energía en el hogar. Nota: Al igual que ocurre con la lavadora, aproximadamente el 80-90% de la energía consumida se utiliza para calentar el agua.. Actualmente hay lavavajillas con varios programas de funcionamiento que son capaces de seleccionar capacidad media y modos de temperatura baja, lo que permite reducir el consumo de 60

65 energía. Además, estudios recientes determinan que lavar con lavavajillas es más eficiente que lavar a mano, resultando ahorros de agua y de electricidad (dado que la mayor parte del agua ahorrada es caliente). Consejos sobre el uso: Al comprar un lavavajillas nuevo, buscar el que sea de clase A. Además de la clase energética, también es importante tener en cuenta el consumo de agua a la hora de comprar un lavavajillas. Asegurarse que el lavavajillas está lleno, pero no sobrecargado cuando se vaya a utilizar. Fijar el calentador de agua a una temperatura baja. Hoy en día, ya existen lavavajillas termoeficientes que permiten ser conectados a la entrada de agua caliente. Estos lavavajillas se conectan únicamente a una toma de agua caliente sanitaria, y evitan tener que calentar el agua con la resistencia del lavavajillas, ya que el agua entra a temperatura. Esto nos permite ahorrar un 30% más de energía Placas de cocción Uno de los electrodomésticos que se encuentran en todos los hogares son los aparatos de cocción utilizados para la transformación de los alimentos crudos a cocidos, fritos, a la plancha, etc. El rango de potencia en la que se pueden encontrar va desde hasta W, y la fuente de energía empleada es el gas natural, que se ha difundido rápidamente en los últimos años, y la electricidad. Los sistemas de gas se caracterizan por: Una cocción rápida de los alimentos; El calor es transmitido directamente al recipiente y no hay periodos intermedios de calentamiento de la placa (como en el caso de la placa eléctrica). Regulación instantánea de la potencia a través del aumento o descenso de la llama. Se puede utilizar cualquier recipiente. Existen unos modelos en los que se aumenta la eficiencia a través de un quemador que reduce la emisión de CO2. Para el caso de la cocción eléctrica, actualmente existen diferentes tecnologías, las más utilizadas son las placas vitrocerámicas resistivas y las placas vitrocerámicas de inducción. Además existe otra tecnología en desuso por su ineficiencia que corresponde a las placas de masa de acero inoxidable. En las placas vitrocerámicas convencionales, es decir las resistivas, el calor es producido por una resistencia que se encuentra bajo el cristal vitrocerámico. En las placas de inducción la resistencia es sustituida por un inductor que genera un campo magnético que se cierra sólo cuando se coloca un recipiente conductor sobre la zona; al cerrarse el campo magnético lo que se produce son unas corrientes llamadas de Eddy o de Foucalt. En este caso el calor es transmitido directamente al alimento en el interior del recipiente. 61

66 Nota: La eficiencia de una placa vitrocerámica resistiva es menor ya que se puede transmitir tan sólo el 50% de la energía eléctrica en calentar el alimento, en cambio en la de inducción se llega a transmitir el 75% Estas últimas también conllevan menor consumo de energía, menor tiempo de cocción, y mayor precisión, ya que el tiempo de reacción al variar la potencia es muy pequeño. Consejos sobre el uso: Colocar el recipiente justo encima del fogón bien centrado y elegir el fogón que tenga el tamaño adecuado al recipiente. Cocinar con olla a presión y con poco agua supone un ahorro del 50% de energía. Tapando las ollas, cazuelas y sartenes se conseguirá ahorrar un 25% de energía. La mejor opción para cocinar es el gas natural o butano, pero debemos mantener en buen estado los quemadores y evitar que la llama sobrepase el fondo de los recipientes Hornos Hay dos tipos principales de hornos: de gas y eléctricos. Los primeros son los más recomendados desde el punto de vista de la eficiencia, pero son los hornos eléctricos los más extendidos entre las familias españolas, a pesar de que consumen más energía. Aunque los hornos consumen una gran cantidad de energía de acuerdo a su potencia, el consumo realizado a lo largo de un año es relativamente bajo gracias a su menor uso en términos de tiempo (horas). Consejos sobre su uso: Cerrar la puerta mientras está funcionando. Para conocer el estado de los alimentos utilizar la luz. Cada vez que se abre la puerta se pierden entre 25ºC y 50ºC de temperatura. Tratar de acostumbrarse a su máxima capacidad y no usarlo para calentar unos pocos alimentos. En este caso se puede utilizar el microondas en vez del horno, además de ser más rápido, el ahorro de energía puede llegar al 60-70%. Apagar el horno un poco antes de que la comida esté preparada ya que con el calor residual será suficiente para que se termine de cocinar. Los moldes más idóneos son los metálicos de color oscuro o esmaltados, dado que absorben particularmente bien el calor Pequeños electrodomésticos: Se pueden dividir en dos grupos: Los que realizan trabajo mecánico, tal como batir, trocear, exprimir, y que en general tienen poca potencia. Los que producen calor, tales como la plancha, tostadora, secador de pelo, manta eléctrica, que tienen una alta potencia y por lo tanto dan lugar a un consumo significante. Nota: Estos aparatos eléctricos carecen de etiqueta energética todavía, pero no por esta razón son inocuos al consumo. 62

67 Echa un vistazo a la potencia de los siguientes electrodomésticos: Aspiradora = W Plancha = W Secador de pelo = W Robot de cocina = W En el ejemplo siguiente se compara un aparato de elevada potencia, como un secador de pelo, con uno de baja potencia, como un ordenador. Comparación: Secador de pelo Potencia eléctrica = 1,8 kw Horas funcionamiento = 90 h/año Consumo electricidad = 1,8 x 90 = 162 kwh/año Ordenador Potencia eléctrica = 0,2 kw Horas funcionamiento = 810 h/año Consumo electricidad = 0,2 x 810 = 162 kwh/año Como se puede observar para que se obtenga el mismo consumo anual (162 kwh) un secador de pelo tiene que estar funcionando sólo 90 horas (15 minutos al día), mientras que un ordenador 810 horas (2,2 horas al día) con una potencia 9 veces inferior. Nota: Sólo un uso inteligente de estos electrodomésticos puede evitar un derroche de energía! Por lo tanto, no seques la ropa con el secador del pelo!...lamentablemente hay gente que si lo hace. Consejos: No dejar aparatos encendidos innecesariamente. Hacer con tus propias manos algunos tipos de trabajo tales como exprimir naranjas o batir unos huevos. Elegir cuidadosamente los electrodomésticos. A la hora de comprarlos mirar su potencia y su consumo, no sólo el precio. Al finalizar su vida útil lleva estos aparatos a un punto limpio. De esta forma podrán ser reciclados, evitando dañar el medio ambiente y ahorrando energía, agua y recursos naturales Equipos electrónicos, de ofimática y entretenimiento: Estos son los dispositivos que tienen más amplia difusión y un mayor uso diario. Cada año, los productos electrónicos emergen con sistemas más sofisticados creando una oferta más atractiva de entretenimiento. Nota: El uso de energía de los equipos electrónicos a menudo pasa desapercibido. En cambio, se ha estimado que el 10-15% de toda la electricidad consumida en los hogares españoles se puede atribuir a la gestión de los dispositivos electrónicos. La gran mayoría de esta electricidad la consumen los equipos de entretenimiento para el hogar y los equipos de ofimáticas. Sin embargo, los pequeños usuarios de energía, incluidos los dispositivos portátiles con cargadores de batería, tienen un peso importante, no 63

68 porque ellos consuman una gran cantidad de energía individualmente, sino por su número y la gran cantidad de horas de actividad. En este grupo están incluidos: televisores, aparatos de audio, reproductores de DVD, vídeos, ordenadores, videoconsolas, etc. Modos de potencia Definición: Todos estos productos incorporan diferentes modos de funcionamiento. Uno de ellos es el modo que se puede activar y desactivar a través de un mando a distancia, llamado stand-by. Nota: Esta desconexión es virtual porque los dispositivos en stand-by consumen aproximadamente entre el 10% y el 15% de la energía que consumen en condiciones normales. Por lo tanto, se recomienda apagarlos completamente si no se van a utilizar. Modo Definición Ejemplos A c t i v o El aparato está desempeñando su (En uso) función principal Dispositivo preparado para A c t i v o desempeñar su función principal. standby Aparece activado para el consumidor. P a s i v o standby El dispositivo está apagado en modo de espera. Aparece apagado para el consumidor, pero puede ser activado por mando a distancia o por el desempeño de la función periférica. El televisor muestra imagen y/o sonido. El vídeo reproduce la cinta. La impresora imprime un documento. Reproductor de DVD cuando no está reproduciendo. Aparato inalámbrico de carga. El microondas no está en uso pero el reloj está funcionando. El reproductor de CD está desactivado pero puede ser activado con el mando a distancia. Apagado El aparato está apagado y la función no se está realizando. El consumidor no lo puede activar con el mando a distancia. Los altavoces del ordenador están apagados pero enchufados. El televisor no funciona y no puede ser activada desde el mando a distancia. Tabla 2 Modos de funcionamiento A continuación se presenta una tabla con varios equipos electrónicos y las medias de energía consumida por año para los diferentes modos de funcionamiento (ordenados de mayor a menor consumo de energía). En la última columna se muestra el coste anual de este consumo. 64

69 Producto IUSES Uso de la energía en los edificios Pasivo Stand by Tabla 3 Consumos eléctricos para diferentes modos de funcionamiento Energy Star En virtud de un acuerdo alcanzado entre los Estados Unidos y la Unión Europea se creó una etiqueta energética llamada Energy Star para muchos aparatos electrónicos (monitores, ordenadores y equipos de imagen). Definición: Esta etiqueta indica que los dispositivos electrónicos tienen la capacidad de entrar en un modo de baja energía o modo de reposo después de un período de inactividad. Activo Stand by Activ o Consu mo medio anual Coste anual energía (Euro) Dispositivos de entretenimiento Televisor Plasma (<40") ,74 DVR/TiVo ,82 Digital Cable ,46 Satélite Cable ,36 LCD TV (<40") ,78 Consola videojuegos ,24 DVD ,82 Dispositivos de oficimática Ordenador ,70 Portátil ,62 Monitor LCD ,80 Módem ,00 Router inalámbrico ,72 Impresora ,10 Fax ,64 Mutli-Función Impresora/Escáner/ Fotocopiadora ,70 Dispositivos recargables Herramienta eléctrica ,18 Teléfono inalámbrico ,64 Cepillos de dientes eléctrico ,96 MP ,84 Teléfono móvil ,42 Cámara digital ,42 Gracias a este modo de reposo se consigue una reducción del consumo de energía del 75%. La etiqueta Energy Star garantiza un bajo consumo cuando el dispositivo se encuentra en stand-by, en la mayoría de los casos el consumo de energía es como máximo de un 15% del consumo normal. 65

70 Fuentes externas de alimentación. Los dispositivos electrónicos que se ejecutan con bajo voltaje de corriente continua (CC) requieren fuentes de alimentación para transformar los 220 voltios de corriente alterna (CA) suministrada en la toma de corriente. Algunos productos más grandes, como televisores o estéreos incorporan la fuente de alimentación en el interior. Otros utilizan fuentes de alimentación externa y cada vez más compiten por el espacio en nuestros viajes y en la propia regleta de enchufes. Nota: Estas fuentes de alimentación consumen electricidad tanto si el dispositivo está encendido, apagado o incluso si el dispositivo está desconectado y sólo se queda la fuente de alimentación conectada a red. Esto se puede comprobar conectando una fuente de alimentación a la red y, pasado un cierto tiempo, averiguar que se haya calentado, este calentamiento indica un consumo de energía. Consejos y sugerencias: Hay varios pasos a seguir para reducir al mínimo la energía consumida por los componentes electrónicos en el hogar: Buscar la etiqueta Energy Star al comprar un televisor, un reproductor de DVD, VCR, un equipo de audio, un ordenador, una impresora, etc. Desenchufar los aparatos. La manera más simple y obvia de eliminar estos consumos fantasmas es desenchufar los aparatos cuando no están funcionando. Buscar en los enchufes de casa aquellos cargadores desconectados y otros dispositivos que no necesitan estar conectados. Cuando desconecte el teléfono móvil o un dispositivo similar, desenchufe también el cargador. Utilizar una regleta con interruptor. Todos los equipos de oficina o equipos del hogar que vayan enchufados a la misma regleta se pueden apagar con un único interruptor. Apagar completamente el equipo si no se va a utilizar más con el fin de evitar el consumo de electricidad debido al modo de stand-by. Especialmente para ordenadores: Cuando no se utilice el equipo, incluso en períodos cortos de tiempo, apagar la pantalla. Utilizar salvapantallas negro, son los que consumen menos energía. Recordar, se debe permitir al ordenador el manejo del modo de bajo consumo, modo de reposo. Este modo de bajo consumo es estándar en sistemas operativos Windows y Macintosh. Simplemente tocando el ratón o el teclado, el ordenador y el monitor se despiertan en cuestión de segundos. 6.3 Ejercicios y preguntas 1. Cuánto representa (en %) el consumo de los aparatos eléctricos con respecto al consumo de e n e r g í a y e l e c t r i c i d a d e n u n a c a s a típica?... 66

71 2 Qué información proporciona la etiqueta energética de la Unión Europea?... Y, qué letra o color tiene el rango más eficiente?... 3 A qué tipos de aparatos se han añadido dos rangos más de eficiencia (A+ y A++)?... 4 Según el cuadro de potencia visto arriba, escriba la potencia de los siguientes aparatos (expresada en kw): Licuadora =...kw Aspiradora =...kw 5 Calcule el consumo y el coste de electricidad. Rellene los huecos. Potencia (W) X Tiempo (h) = Electricidad (kwh) X Precio (cent /kwh) = Coste ( ) 1100 X 4 = X 14 = 100 X 10 = X 14 = 600 X 4 = X 14 = 800 X 4 = X 14 = 150 X 4 = X 14 = 6. Cuánta electricidad consumen los siguientes aparatos si se utilizan durante 2,5 horas cada uno? Licuadora =... kwh Aspiradora =... kwh Y, si son utilizados 30 minutos al día durante 12 días al mes? Licuadora =... kwh/mes Aspiradora =... kwh/mes 7. Cuánta electricidad consumen aproximadamente los hogares españoles?...; y, cuánto cuesta? Cuál es el electrodoméstico que tiene un mayor consumo promedio por año? Y por qué? Cuál es el sitio apropiado para colocar un frigorífico? Señala las respuestas erróneas: - Cerca del horno - En una pequeña despensa sin ventanas - Siempre lejos de espacios calientes 10. En qué tarea las lavadoras y los lavavajillas consumen la mayor cantidad de energía? 67

72 11. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F): -Los hornos no pierden energía al abrir la puerta durante el cocinado. -Los pequeños electrodomésticos tienen etiqueta energética. -Algunos pequeños electrodomésticos tienen grande potencia. 12. Cuánta electricidad consumen de media los electrodomésticos en los hogares europeos? Nombra al menos dos aparatos eléctricos o electrónicos que teniendo una potencia baja, registran un gran consumo de energía durante el año y explica por que: Qué indica la etiqueta Energy Star?. 15. Cuáles son los precios de un kilovatio-hora de electricidad pagado por tu centro escolar y en tu casa?... Enlaces web Referencias VV. AA.: Guía práctica de la energía. Consumo Eficiente y Responsable (Practical Guide for Energy. Efficient and Responsible Consumption). Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), IBAÑEZ CARRANZA, J.C., MARTÍNEZ GIMENO, V., PÉREZ BUENO, D. (2009).: "Investigación sobre potenciales de eficiencia con el empleo de lavavajillas". Cuadernos de I+D+I Canal de Isabel II Documentación proporcionada por BSH. 68

73 Puntos clave: Normalmente el criterio de selección de los electrodomésticos y equipos electrónicos es el precio de compra, sin embargo los modelos de alta eficiencia energética tienen un coste de adquisición superior pero permiten el ahorro de cantidades importantes de la electricidad (y por tanto de dinero). El consumo eléctrico de un dispositivo depende en primer lugar de la potencia eléctrica y en segundo lugar del tiempo de funcionamiento. La energía consumida se obtendrá de multiplicar la potencia por el tiempo de funcionamiento. La etiqueta energética es un adhesivo fácilmente reconocible que proporciona información clara sobre el consumo de energía, la eficiencia y eficacia rendimiento de los productos y debe estar visible en los nuevos aparatos expuestos para la venta. Una parte importante de una etiqueta energética es la escala de calificación de eficiencia energética, que proporciona un simple índice compuesto por un código de letras y colores que van desde el verde y la letra A (el más eficiente), hasta el color rojo y la letra G (el menos eficiente). El mayor consumo de electricidad en electrodomésticos tales como lavadoras y lavavajillas se produce en el proceso de calentar el agua mediante una resistencia eléctrica, utilizando el 90% del total de energía consumida por dicho electrodoméstico. El uso de energía de los equipos electrónicos a menudo pasa desapercibido. En cambio, se ha estimado que el 10-15% de toda la electricidad consumida en los hogares españoles se puede atribuir a la gestión de los dispositivos electrónicos. La manera más simple y obvia de eliminar los consumes fantasma consiste en desconectar el equipo cuando no se utilice. 69

74 7 Energia fotovoltaica IUSES Uso de la energía en los edificios Objeto de aprendizaje. En este capítulo aprenderás: Fundamentos de energía solar y como esta se transforma en electricidad Tipos de celdas fotovoltaicas Dimensionamiento básico de un sistema fotovoltaico Qué es la energía solar? Definición: Cada día el sol emite una gran cantidad de energía en forma de radiación. Al igual que otras estrellas, el sol es una gran bola de gases, principalmente átomos de hidrógeno y helio, en un proceso constante de combustión, o mejor dicho, en un proceso de combinación entre átomos llamado fusión nuclear. Los átomos de hidrógeno se combinan o fusionan para formar helio en el núcleo del sol bajo condiciones de temperatura y presión extremadamente altas. Precisamente cuatro átomos de hidrógeno se fusionan para convertirse en un átomo de helio que contiene menos materia que los cuatro átomos previos de hidrógeno. Esta pérdida de materia es lo que se emite en el espacio como energía radiante. También se debe decir que esta energía fue la primera fuente de vida en el planeta Tierra Únicamente una pequeña parte de toda esta energía radiada llega a la Tierra, una parte en dos billones, el resto se esparce en el espacio. De esta pequeña porción, aproximadamente el 15% es reflejada por la atmósfera y vuelve al espacio, otro 30% se utiliza en la evaporación de agua que se almacena en la atmósfera produciendo la lluvia, y al final, parte de la energía solar también es absorbida por las plantas, la tierra y los océanos, permitiendo la vida vegetal a través de la fotosíntesis. El resto de energía se podría usar para satisfacer nuestras necesidades ya que esta energía es enorme. Fig.1 Distribución de la radiación solar 70