D06.1_SELECTION METHODOLOGY OF THE ENERGY SIMULATION MODELS IN SANTA ENGRACIA (BADAJOZ) AND SAN LÁZARO (MÉRIDA) NEIGHBOURHOODS.

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1 D06.1_SELECTION METHODOLOGY OF THE ENERGY SIMULATION MODELS IN SANTA ENGRACIA (BADAJOZ) AND SAN LÁZARO (MÉRIDA) NEIGHBOURHOODS. Model dwelling selection in Badajoz and Mérida neighbourhood is crucial in order to reach an accurate research about the entire neighbourhood studying only the key houses of the entire area. The following document explains own the houses were selected, the main criteria and the previous researches made. 1

2 1. SELECCIÓN DE MODELOS DE PARTIDA PARA SIMULACIONES ENERGÉTICAS EN EL BARRIO DE SAN LÁZARO Selección de viviendas según tipología Selección de viviendas según comportamiento energético SELECCIÓN DE MODELOS DE PARTIDA PARA SIMULACIONES ENERGÉTICAS EN EL BARRIO DE SANTA ENGRACÍA Selección de viviendas públicas Selección de orientaciones de manzana Selección por orientación en fachadas Selección de tipologías Selección de tipos de vivienda Selección por demanda energética Conclusiones de las consideraciones previas

3 1. SELECCIÓN DE MODELOS DE PARTIDA PARA SIMULACIONES ENERGÉTICAS EN EL BARRIO DE SAN LÁZARO. En este apartado se ha tratado de realizar un análisis energético del barrio estudiando las viviendas tipo representativas de las distintas tipologías edificatorias (viviendas adosadas y viviendas en bloque), además de las distintas orientaciones de las mismas. Con las simulaciones energéticas de la situación actual de las viviendas tipo seleccionadas nos podemos hacer una idea general de la situación del barrio desde el punto de vista de su comportamiento energético. En primer lugar se realiza una selección de viviendas según su tipología y orientación Selección de viviendas según tipología El barrio de San Lázaro concentra diferentes tipologías de viviendas en una zona a las afueras de la ciudad de Mérida. La mayoría de las viviendas se construyeron a principios de los años 90 mediante varios proyectos. Todas las viviendas se corresponden con tipologías de vivienda social. Para llevar a cabo el análisis del barrio de San Lázaro, se ha tenido en consideración el proyecto BA 90/352 Viviendas en bloque (180 viviendas) y el proyecto BA 92/033 Viviendas adosadas (63 viviendas adosadas). Figura 1. Planta general del Barrio de San Lázaro de Mérida y proyectos de viviendas que se llevaron a cabo en los años 90 3

4 Barrio de San Lázaro: Proyecto BA 90/352 Viviendas en bloque (180 viviendas) Para realizar las simulaciones energéticas de las viviendas en bloque utilizamos un modelo energético de un bloque de 20 viviendas (MODELO ENERGÉTICO 1). La simulación de un bloque de viviendas nos ofrece datos de comportamiento energético a nivel de edificio completo, pero también a nivel de vivienda. Para la realización del bloque de 20 viviendas se tendrán en cuenta los siguientes consejos para la simplificación del modelo y la reducción de tiempos de simulación. Modelo energético 1 En el modelo solo distinguiremos entre tres tipos de zonas: Viviendas Zonas comunes Lavaderos Cada vivienda se modela como una sola zona sin dibujar las separaciones entre baño, cocina, salón y dormitorios. Los lavaderos se consideran como zona exterior no acondicionada Con estas consideraciones el número de zonas del modelo energético 1 es de 46 zonas. Para completar el análisis de las viviendas en bloque del barrio de San Lázaro realizamos otro pequeño modelo de simulación (MODELO ENERGÉTICO 2). Este modelo de simulación se corresponde con dos viviendas entre medianeras de los bloques del barrio de San Lázaro que son más grandes (ver imagen). Para su simulación tendremos en cuenta las siguientes consideraciones: Modelo energético 2 (este modelo no se simula en los programas CE3 y CE3X) Es un modelo muy sencillo en el que distinguiremos entre dos tipos de zona: Viviendas Lavaderos Se modeliza con los cerramientos laterales adiabáticos. Los lavaderos se consideran como zona exterior no acondicionada Con estas consideraciones el número de zonas del modelo energético 2 es de 4 zonas. 4

5 Figura 2. Modelos energéticos Proyecto BA 90/352 (sin escala) Barrio de San Lázaro: Proyecto BA 92/033 Viviendas adosadas (63 viviendas adosadas) Para realizar las simulaciones energéticas de las viviendas adosadas utilizamos varios modelos energéticos de una vivienda adosada (Modelos energéticos 3, 4 y 5). Así pues, el comportamiento energético de las 63 viviendas adosadas se estudiará con 3 modelos energéticos sencillos, que se corresponden con una vivienda adosada entre medianeras, y dos tipos de vivienda en esquina. Para la realización de los modelos de viviendas adosadas se tendrán en cuenta los siguientes consejos. Modelos Energéticos 3, 4 y 5 Son modelos energéticos muy sencillos que nos permiten distinguir entre diferentes zonas de la vivienda. En estos modelos se plantea una división por zonas de la vivienda (salón, cocina, baños, dormitorios). Esta división por zonas no supone un cambio en los datos de características de los espacios, que serán para todos iguales. Se modelizan con los cerramientos medianeros adiabáticos. 5

6 Figura 3. Modelos energéticos Proyecto BA 92/033 (sin escala) Una vez realizadas las simulaciones de los modelos de partida de las tipologías seleccionadas (bloque y adosadas) en diversas orientaciones, se comprueban los resultados de demanda energética obtenidos para cada modelo. Con el análisis de estos resultados se procede a la selección de los modelos energéticos más representativos desde el punto de vista de sus demandas energéticas. 6

7 1.2. Selección de viviendas según comportamiento energético En el barrio de San Lázaro se ha realizado una selección de modelos de simulación que se corresponde con viviendas representativas del barrio. Una vez seleccionados los modelos se realizan simulaciones energéticas del estado actual de dichos modelos. Una vez realizadas las simulaciones energéticas de los modelos de partida podemos analizar gráficamente el comportamiento de las viviendas para conocer sus demandas energéticas según su orientación o situación dentro del barrio. Figura 4. Demandas energéticas de Calefacción de viviendas adosadas del barrio de San Lázaro (Design Builder) Figura 5. Demandas energéticas de Refrigeración de viviendas adosadas del barrio de San Lázaro (Design Builder) 7

8 Figura 6. Demandas energéticas totales de viviendas adosadas del barrio de San Lázaro (Design Builder) A la vista de los resultados de las viviendas adosadas se pueden sacar las siguientes conclusiones: En general, y para todas las orientaciones, las viviendas en esquina tienen una demanda energética total superior a las viviendas entre medianeras. Esta variación está entre un 5% y un 15% según las orientaciones. Las viviendas en esquina tienen el mismo programa habitacional que el resto de viviendas pero tienen una superficie de envolvente superior. Este factor explica que estas viviendas obtengan unos valores de demandas energéticas superiores a las situadas entre medianeras. La orientación de las viviendas también tiene repercusión en los valores de demanda energética obtenidos. En general las orientaciones Noreste-Suroeste ofrecen unos resultados más favorables que las orientaciones Noroeste-Sureste. El esquema tipológico de estas viviendas prevé apertura de huecos en las dos orientaciones principales de las mismas. Esto hace que las variaciones en la demanda energética cuando los modelos sufren un cambio en su orientación de 180º sean más reducidas que cuando se produce un cambio de orientación de 90º. Si nos centramos en las demandas energéticas estacionales (calefacción y refrigeración), vemos que para todos los modelos, la demanda energética principal es la de calefacción. En general esta demanda es tres veces superior a la demanda de refrigeración, esto es así en gran medida debido a que la demanda de refrigeración se concentra casi en su totalidad en dos meses del año (julio y agosto) mientras que la demanda de calefacción abarca un número superior de meses. Los valores de demandas de calefacción también son superiores en las viviendas en esquina respecto a las viviendas entre medianeras. 8

9 Figura 7. Demanda energética de calefacción en viviendas adosadas Figura 8. Demanda energética de refrigeración en viviendas adosadas 9

10 Figura 9. Demanda energética total en viviendas adosadas La figura 9 muestra las desviaciones en cuanto a demanda energética total que se pueden alcanzar entre viviendas entre medianeras y viviendas en esquina. Esta diferencia pude llegar a los 20kWh/m². También se han realizado un conjunto de simulaciones energéticas de las viviendas con tipología de viviendas en bloque y se han preparado un conjunto imágenes de la planta de los edificios para comprobar las demandas energéticas de las viviendas dentro de cada bloque. 10

11 Figura 10. Demandas energéticas de Calefacción de viviendas en bloque del barrio de San Lázaro (Design Builder) 11

12 Figura 11. Demandas energéticas de Refrigeración de viviendas en bloque del barrio de San Lázaro (Design Builder) 12

13 Figura 12. Demandas energéticas Totales de viviendas en bloque del barrio de San Lázaro (Design Builder) A la vista de los resultados de las simulaciones de los modelos energéticos de bloques de viviendas, se pueden sacar las siguientes conclusiones: A primera vista se aprecia una cierta heterogeneidad en cuanto a los valores de demanda energética total obtenidos para las viviendas situadas en bloques, especialmente destacable es la diferencia entre viviendas en planta primera y viviendas en planta baja. En general, las viviendas situadas en planta primera tienen un valor de demanda energética superior a las viviendas situadas en planta baja. La explicación a esta variación la encontramos cuando se analizan los resultados de demandas energéticas estacionales donde observamos que la demanda de refrigeración aumenta en las viviendas situadas en planta primera respecto a las de la planta baja. Cuando se observan los resultados de demanda energética de calefacción se observa que los valores son similares para las viviendas de planta baja y primera. Cuando se analiza el balance térmico de las viviendas se observa un cierto efecto refrigerante del forjado sanitario de estas viviendas. Estos forjados sanitarios se han simulado como espacios no habitables con un nivel de estanqueidad 4, es decir muy ventilados y actúan como 13

14 un sumidero de calor de las viviendas de planta baja en régimen de verano. La orientación de las viviendas es un parámetro que también tiene cierta influencia en el comportamiento energético de las viviendas. A la vista de los gráficos, podemos observar que las viviendas con orientación predominante noroeste obtienen unos valores de demanda energética total superiores. Esta orientación ofrece menos ganancias por radiación solar, lo que posibilita que la demanda de calefacción aumente. La orientación más favorable tanto para viviendas en planta baja o como para viviendas en planta alta es (como era de esperar) la orientación predominantemente sur. Las diferencias de demandas energéticas totales cuando se varía la orientación de las viviendas puede llegar a ser de un 10-15% aproximadamente. Figura 13. Demandas energéticas totales del modelo energético ME1 desglosado por viviendas 14

15 Figura 14. Demandas energéticas totales del modelo energético ME1_180 desglosado por viviendas En general, a nivel de barrio, se observa que la tipología de vivienda adosada demanda más energía que las viviendas en bloque. Este dato no es desdeñable, ya que de media, las viviendas adosadas demandan un 35% más de energía que las viviendas en bloque. La demanda energética de refrigeración supone una cuarta parte de la demanda total de una vivienda, frente a la demanda de calefacción que supone aproximadamente las tres cuartas partes. Esto sucede en las dos tipologías de vivienda estudiadas (viviendas en bloque y viviendas adosadas). La orientación de las viviendas determina en gran medida también su demanda energética total, orientaciones que permiten menos captación de radiación solar por huecos hace que la demanda de calefacción suba. Tras analizar los resultados de simulación de los modelos en su estado original, se han seleccionado 5 modelos representativos del barrio según sus demandas energéticas y su orientación y situación dentro del barrio. Estos modelos son representativos de las tipologías de vivienda del barrio pero también son representativos en cuanto a la demanda energética de los mismos. Sobre estos modelos se realizaran los paquetes de simulaciones energéticas planteados. 15

16 Los modelos seleccionados son: ME1_EO ME3_90 ME3_180 ME5_EO ME5_270 Figura 15. Modelos energéticos seleccionados. 16

17 2. SELECCIÓN DE MODELOS DE PARTIDA PARA SIMULACIONES ENERGÉTICAS EN EL BARRIO DE SANTA ENGRACÍA. El análisis energético del barrio de Santa Engracia se realizará utilizando modelos de simulación de cuatro viviendas que se corresponden con diferentes tipologías y orientaciones. Se trata de modelos energéticos muy sencillos. La selección de las viviendas se explica en el documento Proceso de selección de las viviendas candidatas en el barrio de Santa Engracia La selección de las viviendas de Santa Engracia se ha realizado con un mediante un criterio de selección multiparamétrico. Previo a la selección destacamos ciertos criterios de partida: 2.1 Selección de viviendas públicas En el barrio existen 184 viviendas públicas frente a 616 privadas, estudiar e intervenir las viviendas públicas se lleva a cabo con el fin de mejorar el patrimonio construido de la Junta de Extremadura y para no favorecer a ningún vecino del barrio en concreto, sino a la administración pública, promotora del proyecto EDEA RENOV. 2.2 Selección de orientaciones de manzana En el barrio existen, en general, 2 orientaciones de las manzanas de viviendas: Norte-Sur, la cual se concentra al Sur del barrio y es la orientación más predominante. Suroeste-Noreste que se concentra al Norte del barrio y es la orientación menos predominante. 2.3 Selección por orientación en fachadas Las viviendas del barrio se pueden englobar en 12 tipos según su orientación. Hay 2 grupos, según la orientación de la manzana a la que pertenezcan. 17

18 2.4 Selección de tipologías En el barrio, inicialmente, se construyeron 2 tipologías diferentes de viviendas, de 3 dormitorios y de 4 dormitorios. Las viviendas de 4 dormitorios representan tan sólo el 5% del total de las 800 viviendas (40 viviendas), al ser tan pocas no se han tenido en cuenta en la selección de tipologías. 2.5 Selección de tipos de vivienda En las manzanas del barrio existen viviendas entre medianeras y en esquina. El porcentaje de viviendas en esquina es del 28%, suficientemente significativo para tenerlo en cuenta en la selección de viviendas. 2.6 Selección por demanda energética El resultado del estudio energético general del barrio, elaborado por GRUPO ABIO, ha revelado conclusiones esperadas e interesantes para la selección de viviendas. Demanda Invierno. Las viviendas que tienen más demanda energética en calefacción son las orientadas al norte y en esquina. Las más desfavorables son las situadas en las manzanas suroestenoreste, al norte del barrio, y en las situadas en esquina, orientadas al noreste-suroeste. Las viviendas que tienen menos demanda energética en invierno son las orientadas al sur. Las más favorables son las situadas en las manzanas nortesur, al sur del barrio y las situadas entre medianeras orientadas al sur. La oscilación entre valores máximos y mínimos del barrio en calefacción es de un 23%, lo que indica que la orientación no afecta en gran medida a la demanda. El valor total de demanda de calefacción por superficie (kw h/m² año) es muy alta, el valor mínimo es de 95 (kw h/m² año) y el máximo es de 125 (kw h/m² año). Estos valores tan altos se deben en gran medida a la falta de aislamiento térmico del edificio, la calidad de las ventanas. 18

19 Demanda Verano. Las viviendas que tienen más demanda energética en refrigeración son las situadas al suroeste y en esquina. Las más desfavorables son las situadas en las manzanas suroestenoreste, al norte del barrio, en las viviendas situadas en esquina, orientadas al surestesuroeste. Las viviendas que tienen menos demanda energética de refrigeración son las orientadas al norte. La más favorables son las situadas en las manzanas norte-sur, al sur del barrio y las situadas entre medianeras y orientadas al sur. La oscilación entre valores máximos y mínimos del barrio en refrigeración es de un 40%, lo que indica que la orientación si afecta a la demanda de refrigeración. El valor total de demanda de refrigeración por superficie (kw h/m² año) es moderado, el valor mínimo es de 30 (kw h/m² año) y el máximo es de 52,5 (kw h/m² año). Estos valores son moderados debido a la falta de aislamiento que facilita la disipación de las cargas internas y a la ventilación interior debido a las infiltraciones por los huecos de las ventanas (que son de baja calidad). Sin embargo tienen un amplio margen de mejora con una protección de la radiación solar adecuada. 19

20 Demanda Total. Las viviendas que tienen más demanda energética total son las situadas norte. Las más desfavorables son las situadas en las manzanas suroestenoreste, al norte del barrio, en las viviendas situadas en esquina, orientadas al norestenoroeste. Las viviendas que tienen menos demanda energética de refrigeración son las orientadas al sur. La más favorables son las situadas en las manzanas nortesur, al sur del barrio y las situadas entre medianeras y orientadas al sur. La oscilación entre valores máximos y mínimos del barrio a nivel global es de un 19%, lo que indica que la orientación no afecta en gran medida a la demanda total. El valor total de demanda total por superficie (kw h/m² año) es la suma de la demanda de refrigeración y de calefacción en cada vivienda, el valor mínimo es de 135 (kw h/m² año) que se corresponde con la mínima de calefacción (95 kw h/m² año) más la suma de refrigeración (30 kw h/m² año) aproximadamente y el máximo es de 167,5 (kw h/m² año) que se corresponde con la máxima de calefacción (125 kw h/m² año) más la máxima de refrigeración (52,5 kw h/m² año) menos 10 kw h/m² año. 20

21 2.7 Conclusiones de las consideraciones previas A nivel general, las demandas energéticas del barrio son altas. Por ejemplo, el standard Passivhaus fija la demanda de refrigeración en 15 kw h/m²año y de calefacción también en 15 kw h/m²año. En nuestro caso estamos muy lejos de estos valores y esta investigación debe intentar conseguir alcanzarlos. Las viviendas más eficientes del barrio para calefacción pertenecen también al grupo de las más eficientes en refrigeración y son las viviendas entre medianeras, al sur en las manzanas orientadas al norte-sur. Las viviendas más ineficientes del barrio para calefacción pertenecen también al grupo de las menos eficientes en refrigeración, aunque no son las peores en refrigeración. Las viviendas de demanda media del barrio son variadas, existen viviendas con alta demanda de calefacción y muy baja de refrigeración y también viviendas con alta demanda de refrigeración y media demanda de calefacción. A continuación se exponen los criterios de selección de las viviendas candidatas y los objetivos propuestos: La más eficiente La más calurosa Título Orientación Manzana Orientación Fachada Tipo de vivienda Demanda Calefacción (kwh/m²año) Demanda Refrigeración (kwh/m²año) Demanda Total (kwh/m²año) Tipología Color Privada Norte Sur Sur Intermedia Dorm. Privada Suroeste Noreste Sureste Suroeste Esquina 107,5 57, Dorm. La más fría Privada Norte Sur Norte Esquina Dorm. La Intermedia Privada Suroeste Noreste Objetivos propuestos Noreste Noroeste Intermedia Dorm. La más eficiente: El objetivo del estudio de este tipo de viviendas es comprobar el porcentaje de mejora aplicando las medidas activas y pasivas apropiadas a climas intermedios en las viviendas con mejor comportamiento dentro del barrio. La más calurosa: El objetivo de estudio de esta vivienda es comprobar el porcentaje de mejora que tienen las medidas activas y pasivas apropiadas a climas cálidos en una vivienda que tiene un mal comportamiento térmico en refrigeración. La más fría: El objetivo de estudio de esta vivienda es comprobar el porcentaje de mejora que tienen las medidas activas y pasivas apropiadas a climas fríos en una vivienda que tiene un mal comportamiento térmico en calefacción. La vivienda intermedia: El objetivo de estudio de esta vivienda es comprobar el porcentaje de mejora que tienen las medidas activas y pasivas apropiadas a climas intermedios en una vivienda que tiene un comportamiento térmico medio del barrio. Los modelos de simulación del barrio de Santa Engracia se corresponden con las siguientes viviendas: MODELO ENERGÉTICO 6: Vivienda unifamiliar en calle Ebro 25. (intermedia) MODELO ENERGÉTICO 7: Vivienda unifamiliar en calle Umbría 8. (fría) MODELO ENERGÉTICO 8: Vivienda unifamiliar en calle Gévora 31. (eficiente) MODELO ENERGÉTICO 9: Vivienda unifamiliar en calle Ebro 2. (calurosa) 21

22 Figura 16. Viviendas seleccionadas del barrio de Santa Engracia 22