Urbanismo bioclimático: el plano solar urbano. Ester Higueras Profesora Titular UPM, departamento de Urbanística y Ordenación del Territorio ETSAM

Transcripción

1 Urbanismo bioclimático: el plano solar urbano Ester Higueras Profesora Titular UPM, departamento de Urbanística y Ordenación del Territorio ETSAM Y del Master de Medio Ambiente y Arquitectura bioclimatica (MAyAB)

2 PLAN DE USO SOSTENIBLE DE LA ENERGIA Y DE PREVENCION DEL CAMBIO CLIMATICO EN LA CIUDAD DE MADRID. (2008) Ayuntamiento de Madrid. Los derivados del petróleo y gas natural suponen más del 70% del consumo de energía de la ciudad de Madrid. El sector residencial, comercial y de servicios consume el 50% de la energía total. El segundo gran consumidor de la ciudad es el sector transportes que alcanzan el 35,5% de la demanda Balance Energético: Ciudad de Madrid (en %) Consumo Energía FINAL Importaciones Energía 100,0 100,0 G. Natural 23,8 % 21,6% CONSUMIDORES Carbón 13% 1,3 13% 1,3% Electricidad 24,9 % 27,8% Doméstico 49,9 % Comercio y Servicios Derivados Petroleo 47,5 % 49,3% Total 97,4 % Generación Eléctrica incineración 18,1% 6,9% Fotovoltaica 0,1% Industrial 8,3 % Cogeneración Ind 64,7% Producción Primaria + Residuos esp +Tratam lodos Transporte por carretera 35,5 % 1 Resisuos Industriales 0,3 % Biogás 17,1% (vertederos+lodos) 2 RENOVABLES 0,0 % Otros modos de transporte 6,3 % RU 1,6 % Solar Fotovoltaica 0,002 % Biogas 0,6 % Solar Térmica 0,01 % 0,01% Total 2,6 % Esquema del balance energético en el municipio de Madrid en porcentaje (%). (Fuente: Ayuntamiento de Madrid).

3 Homogeneidad constructiva universal y usos segregados La construcción actual es uniforme en cualquier lugar, y la segregación de usos genera gran cantidad de desplazamientos Vista del crecimiento de Seseña (Toledo), Ensanche de Vallecas (Madrid) y crecimiento nor-este en Cuenca ester.higueras@upm.es

4 EL SUELO URBANO COMO RECURSO Control de la expansión urbana Rehabilitación de la ciudad consolidada Nueva edificación con arquitectura y urbanismo bioclimático

5 Instrumentos para hacer ciudad habitable y sostenible Objetivos: 1º Reducir la huella ecológica 2º Realizar una gestión eficiente de recursos materiales y energéticos. Mejorar el Ecosistema urbano. 3º Encontrar una identidad y singularidad de las actuaciones. Los Ecobarrios y el Urbanismo bioclimático. Urbanismo bioclimático 2. Ordenanzas Ambientales 3. Plano solar urbano 4. Rehabilitación ecológica y bioclimática 5. Agendas Locales 21 ester.higueras@upm.es

6 Urbanismo bioclimático Ester Higueras, Urbanismo bioclimático. GG A CADA LUGAR UNA PLANIFICACIÓN mediante: 1 Un trazado viario estructurante que responda a criterios de soleamiento y viento (jerarquización y sección transversal) 2 Calles adaptadas d a la topografía, buscando las orientaciones i optimas de soleamiento y viento 3 Zonasverdesadecuadasalasnecesidadesdehumedadyevaporación ambiental (en superficie, conexión y especies vegetales apropiadas) 4 Morfología urbana de manzanasanas que generen fachadas bien oientadas orientadas y adecuada proporción de patios de manzana según el clima 5 Parcelación que genere edificios con fachadas y patios bien orientados 6 Tipología edificatoria diversa y adecuada a las condiciones del sol y viento del lugar

7 Ordenanza bioclimatica de Tres Cantos (Madrid) c) Orientación solar de las fachadas Al menos el 80% de los edificios de cada parcela y promoción inmobiliaria deberán tener como mínimo el 25% del conjunto de las superficies de fachadas exteriores e interiores orientadas dentro del arco solar 1. A estos efectos sólo computarán las fachadas interiores13 que cumplan la condición de soleamiento de la letra d) siguiente. d) Separación entre fachadas: I. Para fachadas orientadas en el arco solar 1: Para garantizar el soleamiento en estas fachadas, la relación entre la distancia entre planos de fachada (D) y la altura de sombra de la edificación (H) debe cumplir en cada parcela:

8 POLIS - Identification and Mobilization of Solar Potentials via Local Strategies Sep (IEE/08/603/SI )

9 Objetivo El objetivo es ahorrar energía y generar energía gracias al sol en Vitoria- Gasteiz Ahorrar energía: mediante un buen diseño bioclimático adaptado a las necesidades locales, y a la morfología urbana. El mejor ahorro es la energía que no se consume Generar energía en la ciudad: Energía solar Térmica + Fotolvoltáica Con paneles incorporados a las edificaciones. Mayor eficacia, sin macro inversiones, sin traslados de energía, sin impactos sobre el paisaje, garantizando la conservación y mantenimiento de los equipos.

10 Resultado: Elaboración de un mapa de potencialidad solar de Vitoria- Gasteiz Innovación POLIS-Vitoria-Gasteiz El potencial pasivo se suma al activo Atendiendo a las : características morfo-tipológicas del tejido urbano, condiciones estructurales de los edificios i existentes, condiciones microclimáticas aprovechamiento real de la radiación solar en Vitoria (nubosisdad)

11 Potencialidad solar Pasiva:.- evaluación de las ventajas y oportunidades de cada tipología edificatoria.- orientaciones óptimas, arcos solares idóneos para Vitoria-Gasteiz.- la distribución interior ideal de los edificios. Recomendaciones básicas y complementarias.- acondicionamiento pasivo en envolventes, aislamientos, ventanas y protecciones de huecos, para iluminar, ventilar y control pasivo térmico.- técnicas idóneas de acondicionamiento pasivo para Vitoria-Gasteiz (miradores, cubiertas verdes, dobles fachadas, etc) Activa : solar térmica + fotovoltaica.- estudio de soportes en edificios: cubiertas, azoteas, fachadas.- estudio de soportes urbanos : equipamientos, mobiliario urbano, elementos ornamentales, aparcamientos, etc

12 METODOLOGÍA del Plano de Potencialidad Solar La metodología seguirá los siguientes pasos: 1º. Conocimiento exhaustivo del clima local con determinación de las diferencias microclimáticas de la ciudad de Vitoria-Gasteiz 2º. Estudio exhaustivo de las condiciones morfo-tipologías de la edificación residencial de Vitoria-Gasteiz. Determinación de las unidades de análisis urbano 3º Rosa de acimutes, bioclimática y de radiación solar activa 4º. Propuesta de Plano de Potencialidad solar (máxima, media y mínima) por tejidos urbanos homogéneos de Vitoria-Gasteiz 5º. Recomendaciones generales de los sistemas de acondicionamiento pasivo y activo (térmico y fotovoltaico) en toda la ciudad. 6º. Plan Piloto en un desarrollo residencial. Lakua 7º. Plan Piloto de grandes contenedores urbanos. Uso industrial: Jundiz

13 ANALISIS DE LAS NECESIDADES TERMICAS PARA EL CONFORT EN VITORIA-GASTEIZ Necesidades E F M A M J J A S O N D De radiación ió 75/12 7,5/12 meses De acumulación liberandola por la noche 8/12 meses De cargas internas 4/12 meses Bienestar por las mañanas 6/12 meses De ventilación a mediodia, tardes y noches Protección de huecos 2,5/12 meses Radiación solar directa y acumulación (inercia) = 8/12 meses 13

14 Estrategias bioclimaticas para Vitoria- Gasteiz 1º Radiación solar directa, condicionada por la orientación y la obstrucción solar Adecuada orientación del edificio También condicionan los diseños de las fachadas de los edificios y determinan muchos de los factores de la red de espacios libres y zonas verdes de la ciudad. Obstrucción solar urbana Condicionante esencial derivado de la morfologia urbana y provocado por la alta densidad es la obstrucción urbana, o sombra que produce un elemento sobre otro. La gran proximidad entre los planos de fachada de las calles pueden dificultar la entrada del sol en las pantas bajas, 14

15 RADIACIÓN SOLAR DIRECTA EN VITORIA-GASTEIZ Condicionada por la Altura solar máxima ALTURA SOLAR SOLSTICO DE INVIERNO α= 23 La altura solar es un angulo que forma la posicion del sol respecto α= 23.7 al plano del horizonte. Se mide en grados, desde el orto (0) hasta la altura de la culminacion de cada dia (las 12 horas solares) ALTURA SOLAR SOLSTICO DE VERANO α= 72 El estudio de los movimentos solares tienen el objeto de introducir estos elementos como factores determinantes a la hora de planificar la ciudad existente o propuesta, para obtener las mejores α= 72 condiciones de soleamiento y mejorar la calidad de vida de sus ocupantes. 15

16 En la ciudad se produce una discriminación solar entre las plantas superiores y las inferiores

17 Estrategias bioclimáticas para Vitoria- Gasteiz 2º Inercia térmica, acumular por el día y liberar el calor por la noche Un aspecto que interviene en el mecanismo de intercambio energético entre la vivienda Inercia termica y el exterior, es el fenómeno de la inercia térmica. La captación solar es fundamental para generar esta otra forma de calefacción pasiva tambien. De hecho, algunos materiales presentes al interior de los inmuebles tienen la capacidad de absorber y acumular calor durante el dia, para luego liberarlo durante el desfase nocturno. 17

18 Elaboración del mapa solar pasivo de Vitoria-Gasteiz Objetivos: 1º conocer la orientación idónea de fachadas 2º establecer las limitaciones por obstrucciones de edificaciones enfrentadas, que permita cuatro horas de sol en los meses infracalentados 3º establecer una escala de evaluación 4º establecer una diferenciación entre pisos altos y bajos para el aprovechamiento pasivo 5º l d b i bi li á i ( id i l 5º proponer un manual de buenas practicas bioclimáticas (uso residencial, industrial y equipamientos)

19 METODOLOGÍA PROPUESTA POLIS Mapa de Potencial Solar Pasivo 1 del CARTA DE IRRADIACIÓN SOLAR DIRECTA DE INVIERNO La necesidad de captacion solar depende clima de cada lugar. 61º 204 kw h/m² En sitios relativamente frios se considera necesario temer almenos cuatro horas de sol durante las horas centrales del dia en la situacion mas desfavorable (el solsticio de invierno). 2º Maximo: (2, 61 ) 204 kw h/m² Irradiación solar directa en meses infracalentados = 204 kwh/m2 19

20 METODOLOGÍA PROPUESTA Mapa de Potencial Solar Pasivo 2 Identificación PÉRDIDAS POR ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN de pérdidas mediante carta de irradiación global anual. Determinación de criterios de exclusión fachadas (P(α,β)>40%) APLICACIÓN FACHADAS: inclinación(β)= 90º Pérdidas admisibles = 40% -49º 59º 20

21 METODOLOGÍA PROPUESTA Mapa de Potencial Solar Pasivo 3 NIVELES DE POTENCIAL SOLAR PASIVO Clasificación del potencial de Vitoria-Gasteiz - A (excelente): pérdidas menores o iguales al 5% - B (muy bueno): pérdidas entre el 5-10% -C(bueno): pérdidas entre el 10-20% - D (aceptable): pérdidas entre el 20-30% - E (mínimo aceptable): pérdidas entre el 30-40% Et Estos niveles vienen determinados dt d gráficamente mediante colores tal y como se muestra a continuación. 21

22 METODOLOGÍA PROPUESTA Mapa de Potencial Solar Pasivo 3 APLICACIÓN PÉRDIDAS POR ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN APLICACIÓN FACHADAS LAKUA: inclinación(β)= 90º Pérdidas admisibles = 40% CALIFICACI ÓN SUPERFICIE SOLEADA POTENCIAL LONG. LONG. SOLAR FACHADA SOLEADA ALT. SOLEADA SUP. SOLEADA D 15,00 m 15,00 m 9,27 m 139,01 m D 70,50 m 30,60 m 16,04 m 1130,98 m D 14,00 m 14,00 m 12,91 m 180,72 m -49º 59º

23 METODOLOGÍA PROPUESTA Mapa de Potencial Solar Pasivo 4 ESTUDIO DE DETALLE Identificación de la edificación analizada en Lakua. Vitoria-Gasteiz Aparecen diferente escala dependiendo del número de horas de sol directo sobre la fachada sur

24 Reflexiones bioclimáticas El edificio 5 se auto-sombrea, perdiéndose un gran potencial de radiación solar directa. Reducir el nº de plantas del ala oeste. El edificio 6 debería estar al revés El edificio 14 tiene poca fachada bien orientada respecto al total de fachadas En el edificio 10 la separación del patio es insuficiente para que entre el sol invernal El edificio 11 tiene muy pocas posibilidades de estrategias bioclimáticas Cuidar la volumetría según la óptima orientación solar. Arco sur (-49º SO a 52º SE)

25 RESULTADOS DEL MAPA SOLAR PASIVO DE VITORIA-GASTEIZ.- Se grafían las ventajas y oportunidades de cada fachada, primero según orientación, y segundo según los obstáculos enfrentados con ella. (código A,B,C,D,E), que garantizan cuatro horas de sol en los meses infracalentados del 15 de noviembre al 15 de marzo..- Las orientaciones óptimas se encuentran en los arcos solares idóneos para Vitoria-Gasteiz. Arco sur desde 52 º SE hasta 49º SO..- Se discriminan los pisos altos de los bajos según las posibilidades de captación solar directa en los meses infracalentados

26 Resumir todas las estrategias en un Manual de Buenas Prácticas de acondicionamiento pasivo de las edificaciones residenciales, industriales y los equipamientos.- Recomendaciones básicas y complementarias sobre la distribución interior ideal de los edificios. Espacios vivideros en arco solar sur.- Recomendaciones para el acondicionamiento pasivo en las envolventes; buscando la inercia térmica de los cerramientos con retardo de la onda térmica.- Recomendaciones de las técnicas idóneas de acondicionamiento pasivo para Vitoria- Gasteiz ; miradores acristalados aprovechando el efecto invernadero en plantas altas de los edificios; cubiertas verdes siempre favorables, dobles fachadas oportunas en arco solar sur, diferenciación de fachadas según orientación, etc

27 Establecer unas recomendaciones y obligaciones de técnicas de acondicionamiento i i pasivo incorporadas a la Ordenanza de la Gestión Local de la Energía de Vitoria-Gasteiz

28 METODOLOGÍA PROPUESTA Mapa de Potencial Solar Activo 1GENERACIÓN DE CARTA DE IRRADIACIÓN SOLAR GLOBAL ANUAL VARIABLES: radiación global anual, inclinación(β) y orientación (α) DATOS METEOROLOGICOS: Medias mensuales de radiación diaria para Vitoria (Atlas de Radiación País Vasco) ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN ÓPTIMA inclinación(β) = 32º orientación (α) = 1º 32º 1455,306 kw h/m² 1º La radiación solar global es de kwh/m2

29 METODOLOGÍA PROPUESTA: pérdidas Mapa de Potencial Solar Activo 2DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS LÍMITE. REFERENCIA AL CTE. DB CTE HE-4 CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA DE AGUA CALIENTE SANITARIA DB CTE HE-5 CONTRIBUCIÓN FOTOVOLTAICA MÍNIMA DE ENERGÍA ELÉCTRICA Integración arquitectónica de módulos fotovoltaicos: Módulos fotovoltaicos que cumplen una doble función, energética y arquitectónica (revestimiento, cerramiento o sombreado) y, además, sustituyen a elementos constructivos convencionales o son elementos constituyentes de la composición arquitectónica. Superposición de módulos fotovoltaicos: Módulos fotovoltaicos que se colocan paralelos a la envolvente del edificio sin la doble funcionalidad definida en la integración arquitectónica. No obstante no se consideran los módulos horizontales. Caso general: Módulos fotovoltaicos que no se encuentran en los casos integración arquitectónica o Superposición.

30 METODOLOGÍA PROPUESTA: pérdidas Mapa de Potencial Solar Activo 3 APLICACIÓN PÉRDIDAS POR ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN. FACHADAS APLICACIÓN CASO DE ESTUDIO (LAKUA): inclinación(β)= 90º Pérdidas admisibles = 40% ELEMENTO CONSTRUCTIVO ORIENTACIÓN α INCLINACIÓN β PÉRDIDAS α β ( 40%) Fachada 1-62º 90º 39,50% Fachada 2 28º 90º 34,50% Fachada 3 28º 90º 34,50% Fachada 4-62º 90º 39,50% Fachada 5 28º 90º 34,50% -62º -28º

31 METODOLOGÍA PROPUESTA: pérdidas Mapa de Potencial Solar Activo 3 APLICACIÓN PÉRDIDAS POR ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN. CUBIERTAS CASO DE ESTUDIO (LAKUA): inclinación(β)= 15º-40º Pé did d i ibl 40% ELEMENTO CONSTRUCTIVO ORIENTACIÓN INCLINACIÓN PÉRDIDAS α β ( 40%) Cubierta 1-62º 25º 7,40% Cbi t 2 118º 20º 19 30% Cubierta 3-122º 15º 17,10% Cubierta 4 58º 20º 7,10% Cubierta 5-152º 20º 24,50% Cubierta 6 28º 20º 3,00% Cubierta 7-62º 30º 7,90% Cubierta 8 28º 40º 2,90% Cubierta 9 118º 40º 30,50% Pérdidas admisibles = 40% Cubierta 2 118º 20º 19,30% C1 92,60% -62º

32 METODOLOGÍA PROPUESTA: pérdidas Mapa de Potencial Solar Activo 4 Se PÉRDIDAS POR SOMBRAS. FACHADAS analiza la fachada F3, sombreada por otras fachadas de la misma edificación, así como por obstáculos remotos. La cota de análisis es 4,5 metros ( Cálculo desde gráficas de pérdidas por obstrucción) Empezaremos analizando los obstáculos desde el punto medio de esa fachada, e iremos moviéndonos sobre la fachada repetidamente para encontrar puntos límites donde las pérdidas son superiores a las admisibles.

33 METODOLOGÍA PROPUESTA: Restricciones Mapa de Potencial Solar Activo 5 No OTROS CRITERIOS A CONSIDERAR se consideran aptos para la incorporación de sistemas solares fotovoltaicos los siguientes elementos: Superficies < 15 m² Dado que el inversor mínimo que existe en el mercado es el idóneo para esta superficie. preguntar estefanía Protección patrimonial Se realiza un análisis pormenorizado del PGOU con el fin de detectar los elementos protegidos y sus niveles de protección. De esta forma se estudiará la posibilidad de incorporar sistemas solares fotovoltaicos en estas edificaciones. Estructurales Se realizará un análisis a nivel de detalle de cada una de las edificaciones indicando la posibilidad o no posibilidad de incorporar sistemas solares fotovoltaicos por razones estructurales. Según las condiciones morfológicas y estructurales

34 METODOLOGÍA PROPUESTA: Solar térmica Mapa de Potencial Solar Activo 6 Para ESTIMACIÓN SUPERFICIES NECESARIAS SOLAR TÉRMICA el edificio objeto de estudio se han estimado 448 habitantes. Se han considerado 112 viviendas de 3 dormitorios, que según CTE corresponden a 4 ocupantes. Determinación consumo 22 l persona / día Tª consumo 60ºC Factor de centralización 0,7 (recomendación ASIT) * CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA: Número de viviendas: 112 Consumo agua diario (l/persona): 22 Número de habitantes por vivienda: 4 Número de habitantes totales: 448 Temperatura ACS (ºC): 60 Consumo diario ACS total (l/dia): 9856 Factor de Centralización, FC: 0,7 [Recomendación ASIT] Nº viviendas N 3 4 N N N N N 100 N 101 FC 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7

35 METODOLOGÍA PROPUESTA: Escala valoración Mapa de Potencial Solar Activo 7 Determinados REPRESENTACIÓN NIVELES DE POTENCIAL SOLAR ACTIVO en función de las pérdidas sobre la radiación global anual máxima para Vitoria. Esta radiación es de 1455,306 KWh/m² y corresponde con la radiación incidente sobre una superficie con inclinación 32º y con orientación 1º con respecto al acimut. (1455,206 KWh/m²-1382,54 KWh/m²) (1382,54 KWh/m² ,77 KWh/m²) (1309,77 KWh/m² ,24 KWh/m²) (1164,24 KWh/m²- 1018,71 KWh/m²) (1018,71 KWh/m²-873,18 KWh/m²) (873,18 KWh/m²-726,65KWh/m²)

36 METODOLOGÍA PROPUESTA: RESULTADO Mapa de Potencial Solar Activo 8 REPRESENTACIÓN NIVELES DE POTENCIAL SOLAR ACTIVO Se calcula el número de paneles máximos en cada faldón de cubierta