Oficinas energéticamente eficientes mediante arquitectura bioclimática y frío solar

Transcripción

1 Oficinas energéticamente eficientes mediante arquitectura bioclimática y frío solar Mª del Rosario Heras Celemín Dra. en Físicas e Investigadora Titular Jefa de la Unidad de I+D sobre Eficiencia Energética en Edificación. Coordinador General del PSE-ARFRISOL ESPAÑA & ALEMANIA HACIA LA EFICIENCIA ENERGÉTICA Jornada Hispano-Alemana & Misión Comercial de Eficiencia Energética en Edificios BARCELONA, 11 - Noviembre

2 ENERGÍA = elemento clave dentro del desarrollo sostenible y la causa de algunos problemas ambientales más graves del Planeta, = motor que mueve el desarrollo. Imposible hablar de desarrollo sostenible sin cambiar el modelo energético actual, que de sostenible tiene poco.

3 EFICIENCIA ENERGÉTICA: * Adecuada administración del uso de la energía y, en consecuencia, de su ahorro en los sectores: industria, transporte y edificación * En edificación: Obtener el mismo confort con menor gasto de energía o + bienestar con consumo = eficiencia energética. * Medios: - Potenciar el uso de fuentes renovables y, - Aprender a usar eficientemente la energía, sin tanto derroche debido a la falta de concienciación energética.

4 LA ENERGÍA EN LOS EDIFICIOS CONSUMO - ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO ILUMINACIÓN OTROS USOS (ELECTRODOMÉSTICOS, APARATOS OFICINA, ETC.) DISMINUCIÓN del consumo para el acondicionamiento térmico (calefacción y refrigeración) - ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA O EDIFICIOS EFICIENTES ENERGÉTICAMENTE Clima Mediterráneo = ARQUITECTURA DE LA COMPLEJIDAD (propiciar condiciones de confort en verano e invierno con climatología diferente a partir del diseño apropiado)

5 ENERGÍA SOLAR EN LA EDIFICACIÓN OBJETIVO Propiciar las condiciones adecuadas para conseguir edificios más eficientes desde el punto de vista energético en construcción nueva y en rehabilitación. Considerar los componentes y las técnicas constructivas que favorecen la utilización de los Recursos Naturales Renovables para el acondicionamiento de los edificios. Integrar los sistemas solares activos como otro componente más de la envolvente del edificio

6 ENERGÍA SOLAR EN LA EDIFICACIÓN 1.- RECURSO CLIMA (RADIACIÓN SOLAR) 2.- ENERGIA SOLAR PASIVA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA EDIFICIOS EFICIENTES ENERGÉTICAMENTE REDUCIR LA DEMANDA ENERGÉTICA 3.- ENERGÍA SOLAR ACTIVA CONVERSIÓN TÉRMICA BAJA TEMPERATURA (ACS, Calef. y Refrig.) 4.- ENERGÍA SOLAR ACTIVA CONVERSIÓN FOTOVOLTAICA ENERGÍA ELÉCTRICA

7 Necesidades de Calefacción (Grados-día Base ºC) Necesidades de Refrigeración (Grados-día Base ºC)

8 TÉCNICAS NATURALES DE CALEFACCIÓN Objetivos a conseguir: Ganar la máxima cantidad de energía solar, por lo que la distribución de los elementos de captación solar será decisiva. Perder la mínima energía posible, para lo cual el aislamiento y la hermeticidad del edificio serán fundamentales.

9 TÉCNICAS NATURALES DE REFRIGERACIÓN Objetivos a conseguir Evitar las ganancias desde el exterior (radiación solar o temperatura del aire): Técnicas preventivas. Buscar sumideros de energía en donde poder evacuar el excedente térmico del edificio. Técnicas refrigerativas activas.

10 INTEGRACIÓN ARQUITECTÓNICA DE SISTEMAS SOLARES ACTIVOS Utilización de la energía solar en aplicaciones térmicas de calentamiento de fluidos y de producción de electricidad con sistemas solares térmicos activos y fotovoltaicos integrados en la edificación. Estos sistemas deben estar integrados en los edificios desde los primeros pasos del diseño el desarrollo y difusión de la energía solar activa en los países industrializados pasa por su integración en edificios. SISTEMAS TÉRMICOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

11 Eficiencia Energética: Evaluación de Edificios Objetivo: Conseguir edificios mejores desde el punto de vista energético manteniendo condiciones de confort térmico en el interior. Directo: Teórico Simulación Inverso: Empírico Monitorización

12 Entorno Análisis Teórico: Simulación MÉTODOS Componentes Leyes de transferencia de calor: conducción, convección, radiación.

13 Evaluación de Edificios Análisis Empírico: Monitorización Objetivo: Analizar, a través de medidas experimentales, las técnicas bioclimáticas empleadas en el diseño y construcción de edificios para conocer: * el ahorro energético producido * el confort térmico alcanzado Determinar las características térmicas asociadas a características constructivas

14 EDIFICIOS EVALUADOS POR EL CIEMAT (desde 1986) Nombre Tipo de edificio 1 Los Molinos escuela. CEMA 2 Alpera viviendas- bloque 3 Pedrajas de S. Esteban viviendas- bloque 4 S. Martín de Valdeig. vivienda arquit. popular 5 Aguilar de Campoó viviendas- bloque 6 Torquemada viviendas adosadas 7 Guillena escuela EGB 8 Almería escuela EGB 9 Pozoblanco viviendas adosadas 10 S. Pedro de Alcántara viviendas- bloque 11 Mendillorri viviendas- bloque 12 Cantimpalos viviendas adosadas 13 Almería edificio Universidad 14 Zaragoza viviendas- bloques 15 Madrid viviendas- bloques

15 AHORRO DE ENERGÍA EN LOS EDIFICIOS EFICIENTES Resultados de monitorizaciones realizadas por el CIEMAT desde 1986: * Considerando los niveles de confort térmico: Verano: 24 a 26 ºC Invierno: 20 a 22 ºC Ahorros para las diferentes climatologías españolas: Para Calefacción = entre el 60 % hasta <=>Edificios Autosuficientes energéticamente

16 I+D: Algunos aspectos que necesitan investigación en Física Sistemas solares pasivos: Calefacción y, en especial, las técnicas de refrigeración natural (muros Trombe para climas cálidos, chimeneas solares, fachadas ventiladas, torres de refrigeración, materiales de cambio de fase, acondicionamiento de espacios abiertos, planeamiento urbanístico, etc.). Sistemas solares activos: Térmicos: ACS, calefacción y refrigeración frío solar. Fotovoltaicos: Producir electricidad. Acoplamiento y Control de las instalaciones: Solares, de biomasa y convencionales

17 CALEFACCIÓN Y REFRIGERACIÓN

18 Combinación Energía Solar - Captador Solar Maquina de Absorción Torre de Refrigeración Almacén de Agua fría + 15 C Tecnología de Absorción Almacén de Agua Caliente C = Frío Solar Unidad de refrigeración

19 PLAN NACIONAL DE I+D MEC PROYECTO SINGULAR ESTRATÉGICO SOBRE ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA y FRIO SOLAR (ARFRISOL)

20 El PSE-ARFRISOL, Referencia PS , es un Proyecto científico-tecnológico singular de carácter estratégico aceptado por el Plan Nacional de I+D+I , cofinanciado con Fondos FEDER y subvencionado por el MEC. El PSE-ARFRISOL es el primer Proyecto Singular Estratégico del MEC aceptado en su primera convocatoria, 2005, y además ha sido el modelo para el resto de los PSE presentados en las siguientes convocatorias, 2006 y 2007, de los PSE del MEC. Duración: Mayo Dic 2010 Presupuesto: de 37 a 48 M Euros Subvención: MEC + 4 CCAA = 50%

21 Por qué el PSE- ARFRISOL? - Arquitectura bioclimática = todo el mundo habla de ella sin saber, muchas veces, su significado - Derroche energético = Existen casos sin estudiar y sin conocer su comportamiento energético - Existencia de grupos de investigación expertos en el tema. - Varios proyectos de I+D financiados por el Plan Nacional de I+D del MEC (Profit,...) y UE sobre el tema - Normativas europeas y españolas. - Pocos sistemas y equipos solares españoles en el mercado para calefacción y refrigeración solar. - En España aún la construcción es artesanal - Desconocimiento de la sociedad: utilización de energía solar en la edificación para el uso racional (ahorro) energía convencional, eficiencia energética en edificación, etc. Cambio de mentalidad = Dimensión docente.

22 OBJETIVOS: PSE - ARFRISOL Adecuación de la arquitectura bioclimática y de la energía solar en el acondicionamiento térmico de edificios de oficinas, para calefacción y refrigeración (frío solar). Reducción del consumo de energía convencional entorno 80 y 90%. Cambio de mentalidad de la sociedad.

23 PSE-ARFRISOL Objetivos de investigación Se plantean tres aspectos de I+D Utilización de estrategias pasivas para reducir significativamente la demanda energética del edificio, mediante el diseño exclusivamente. Empleo de sistemas energéticos para acondicionamiento interior, alimentados con fuentes de energía renovables, sobre todo energía solar. Utilización de sistemas energéticos de apoyo, convencionales, alimentados, si fuera posible, con fuentes de energías renovables (biomasa)

24 PARTICIPANTES DEL CONSORCIO 5 grandes Empresas Constructoras españolas: ACCIONA, DRAGADOS, DRACE, FCC y OHL 6 Empresas Tecnológicas del sector de la energía solar ATERSA, ACCIONA, CLIMATEWELL, GAMESA, ISOFOTON y UNISOLAR Grupos de Investigación procedente de: Universidades (Almería y Oviedo) y OPI - CIEMAT Propietarios de los edificios: Universidad Almería CIEMAT: Madrid, PSA, CEDER Fundación Barredo (Asturias) ARFRISOL: 14 participantes Avalado por la Plataforma Tecnológica Española de Construcción, PTEC, dentro de la Línea Estratégica Construcción Sostenible

25 GESTIÓN DEL PSE ÓRGANO DE GESTIÓN ÓRGANO DE GESTIÓN (OFICINA TÉCNICA) (OFICINA TÉCNICA) COMITÉ EJECUTIVO Máximo Órgano de Decisión COORDINADOR GENERAL (CIEMAT) SUB-PROYECTOS OFICINA DE APOYO ECONÓMICO ADMINISTRATIVO COMITÉ TÉCNICO COMITÉ CIENTÍFICO ( I+D) SP1: Trabajos previos a la construcción de los Contenedores -Demostradores SP2: Contenedor -Demostrador de la investigación en la Universidad Almería SP3: Contenedor -Demostrador de la investigación en el CIEMAT (ED70) Control Administrativo Presupuestario SUB -COMITÉS TÉCNICOS DE SP4: Contenedor -Demostrador de la investigación en la PSA SP5:Contenedor -Demostrador de la investigación de la Fundación Barredo (Asturias) SP6: Contenedor -Demostrador de la investigación en el CEDER (Soria) PROYECTO SP7: Evaluación energética y calidad del aire SP8: I+D de sistemas solares pasivos y activos y frío solar. Tratamiento aire interior. SP9: Difusión: Guías a Profesionales y Paquete Educativo. Cambio de mentalidad SP10: Puesta a punto, Operación y Mantenimiento SP11: Estudio Factores Humanos y Sociales

26 SP2 SP6 CONSTRUCCIÓN DE LOS 5 C-DDI ORGANIZACIÓN ORGANIZACIÓN - 11 Subproyectos (SP s) SP2 C-Di: CIESOL SP7 EVALUACIÓN ENERGÉTICA & CALIDAD DE AIRE INTERIOR SP1 ESTUDIOS PREVIOS SP3 C-Di: ED70 SP4 C-Di: PSA SP5 C-Di:F.BARRED. SP7 EVALUACIÓN SP8 I+D SISTEMAS TRANSFE -RENCIA DE INFORMA -CION SP9 DIFUSIÓN (Módulos educativos) Cambiar mentalidad SP9 DIFUSIÓN SP6 C-Di: CEDER SP1 ESTUDIOS PREVIOS (En fase de diseño de los C-DdI) SP8 I+D EN SISTEMAS ACTIVOS Y PASIVOS SP s nuevos desde 2008: SP10 Puesta a punto, O/M y mejora instalaciones SP11 Análisis factores humanos y sociales

27 SITUACIÓN DE LOS C-DdI: Se han construido o rehabilitado 5 edificios de oficinas con objeto de servir como modelos para la investigación (C-DdI) Sede - Fundación Barredo Siero ASTURIAS Centro de desarrollo de Energías Renovables (CEDER) CIEMAT. Lubia SORIA Edificio 70 - CIEMAT. MADRID Plataforma Solar de Almería - CIEMAT. Tabernas ALMERIA CIESOL - Universidad de Almeria - CIEMAT. ALMERIA

28 SP1: ESTUDIOS PREVIOS OBJETIVO: Mejorar el diseño convencional optimizando las estrategias bioclimáticas y los sistemas de energía solar Simulación del edificio Modelizado de técnicas pasivas Refrigeración por radiación nocturna Intercambiador con terreno, tubos enterrados Chimeneas solares, fachadas ventiladas Simulación de sistemas activos Análisis del edificio completo integrando todas las estrategias Programas utilizados: DOE/Energy + TRNSYS FLUENT (CFD) LIDER/CALENER ESQUEMA DE REFRIGERACIÓN EN TRNSYS

29 SP 2 CIESOL Almería Inauguración: Diciembre 2005 En uso: Junio 2006

30 Comienzo de obra: Marzo 2006 Finalización: 30 Noviembre 2007 Inauguración: Noviembre 2008 En uso: Marzo 2008 SP3 ED 70 Madrid

31 SP 4 PSA Almería Duración obra: Septiembre 2006 a Octubre 2007 Inauguración: 13 Diciembre 2007 En uso: Marzo 2008

32 SP 5: San Pedro de Anes (Asturias) Comienzo de obra: 3 Abril 2007 Inauguración: 24 noviembre er PREMIO SICE (Sostenibilidad / Innovación / Calidad en la edificación) DEL CSCAE

33 SP6 C-DdI A REHABILITAR EN EL CEDER Lubia (SORIA) Comienzo de obra: Agosto 2007 Finalización de obra: Previsto = Diciembre 2008 Obtenido un Accesit al proyecto, Nov 2006, concedido por las Consejerías de Fomento y Medio Ambiente de JCyL y el Instituto de la Construcción de JCyL en el I Premio de Construcción Sostenible

34 SP 7 Evaluación energética y calidad del aire Actividades para el Estudio y Evaluación Energética Fase 7-0: Estudios edif existentes: CIEMAT (ED 70 + PSA) Fase 7 a: Diseño del experimento Fase 7 b: Comprobación de la instalación de sensores y puesta en funcionamiento de los equipos Fase 7 c: Primeras evaluaciones. (Análisis de datos experimentales) Fase 7 d: Evaluación global estática y dinámica A realizar durante los años 2007, 2008, 2009 y 2010.

35 OBJETIVOS: SP7 - MONITORIZACIÓN Conocer la demanda del edificio en condiciones reales de uso. Estudio comparativo con los edificios de referencia Conocer cuanta energía se ha ahorrado Validar y mejorar las simulaciones teóricas de los edificios.

36 Temperatura SP8 I+D en SISTEMAS Estudio de sistemas pasivos y activos: Chimeneas solares para ventilación nocturna Caracterización de fachadas ventiladas Maquinas de absorción con alimentación solar Tubos enterrados como alternativa a torres de refrigeración Refrigeración por radiación nocturna AN HM RC Tiempo de simulación (horas)

37 SP9 - DIFUSION Dada la diferencia de actividades existen tres grupos de trabajo: 1.- Profesional, esta formado por el personal técnico del Consorcio. Guías de diseño para arquitectos, ingenieros, científicos, 2.- Docente, esta formado por el personal de las Univ. Oviedo y Almería, y estará incluido el personal docente de la RSEF. Realización de Unidades Didácticas para Enseñanza Infantil, Primaria, Secundaria y Bachillerato. 3.- Difusión, integrado por los profesionales de Difusión, Marketing e Imagen de las diferentes empresas. Campaña de difusión: Página web del proyecto Artículos en revistas especializadas y generales Asistencia a congresos, ferias y workshops

38 SP 9: Difusión. Unidades Didácticas - Elaboración de 3 Unidades Didácticas Tengo un Sol de Casa Versiones Infantil y Primaria Edificaciones para un Futuro Sostenible Dirigida a 2º-3º ESO Versiones: Profesor y Alumno - Complementos de las Unidades Didácticas Casita de cartón pluma para trabajo experimental Aparatos para mediciones: termómetros, medidores de radiación, lámpara halógena, brújula, etc. Láminas, Tarjetas y Cintas Termométricas (sólo I + P) Guía de Lectura de las Unidades Guía de Trabajos Experimentales PPT de la Unidad de Secundaria Maqueta (en pruebas) Bibliografía y Páginas Web Recomendadas

39 Etapas P.Trab. Actividades Año 2005 Año 2006 Año 2007 Año 2008 Años 2009 y S. 2 S. 1 S. 2 S. 1S 2 S. 1 S. 2 S. 1 S. 2 S 0 Propuesta PSE + Comienzo 1: Previa Construcción 1a 1b Diseño arquitectónico Apoyo al diseño, simulación CRONOGRAMA 1c Integración sist. solar. activos 1d Instalación convencional. 1e Eval. teórica global de cada edificio 2, 3,4,5,6: Construcción 3,4,5,6a 2,3,4,5,6b Elaboración del Proyecto Revisión del Proyecto 2,3,4,5,6c Planificación de la Obra 2,3,4,5,6d Ejecución de la Obra 2,3,4,5,6e Control de la Obra 2,3,4,5,6f Recepción de la Obra 7: Evaluación energética 7a 7b 7c Diseño del experimento Instalación de sensores Primeras evaluaciones 7d Evaluación global 7e Análisis calidad aire interior 8: I+D de sistemas 8a 8b 8c Investig refrigeración pasiva Invest. sist. solar. activos empleados. Investig sistemas de absorción 8 d Invest. tratamiento calidad aire Inter.. 9: Difusión 9a 9b Guías de diseño Elaboración Paquete educativo 9c Elaboración documentos finales Personal contratos específico

40 PRINCIPALES VENTAJAS DE ESTE TIPO DE PROYECTOS 1.- Acoplamiento de 14 organizaciones distintas <=> enriquecimiento y realidad en los objetivos 2.- Disparidad en entender la actividades de I+D <> amplitud en los puntos de vista

41 RESULTADOS ESPERADOS EN Edificios (Contenedores - demostradores de investigación) de oficinas singulares en cuanto a diseño, instalaciones y resultados energéticos cuantificados en condiciones reales de uso. Edificios de oficinas eficientes energéticamente con un consumo entre 80% y 90% menos que los actuales medido, analizado y cuantificado. Instalaciones y Equipos solares: captadores, módulos fotovoltaicos y bombas de absorción, estudiados y optimizados para uso racional de la energía y su puesta en el mercado Módulos educativos elaborados por profesores apropiados y validados por muestreo en centros educativos elegidos Documentos elaborados para cambiar mentalidad a los diferentes sectores de la sociedad.

42 RESULTADO FINAL ESPERADO en PSE - ARFRISOL Cambiar la Mentalidad de los usuarios para conseguir ahorrar energía en el acondicionamiento térmico: Calefacción y Refrigeración en cualquier tipología de edificios no solo de oficinas

43 CONCLUSIÓN.- Diversificar el uso E. Renovables - Estimular la cooperación en el desarrollo y difusión de nuevos y competitivos avances tecnológicos. Mediante desarrollo de normas y componentes avanzados..- Difusión de las tecnologías en el mercado apropiado..- Difusión mediante cursos y material informativo.- La implantación a gran escala necesita una gran tarea educativa. La edificación del futuro necesitará menos energía térmica, para lo cual hay que propiciar: * I, DT y Demostración * Desarrollar e incentivar el mercado. Concienciar al usuario * Eliminación de barreras institucionales para su implantación

44 GRACIAS POR SU ATENCIÓN