Optimización de energía mediante la envolvente de edificios

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Julián Silva Iglesias
hace 8 años
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1 Optimización de energía mediante la envolvente de edificios Arq. Pedro Andrés Paredes LEED AP BD+C socio y director de proyectos, EA Energía y Arquitectura

2 El 82.34% de la energía eléctrica que se produce en México proviene de combustibles fósiles. El 14.28% de fuentes renovables El 3.38 % de energía nuclear Fuente: Página web CFE, de generacion.aspx

3 El 90% de los energéticos utilizados en México provienen de fuentes no renovables. Fuente: Comisión Nacional de Fomento a la Vivienda CONAVI Uso Eficiente de la Energía en la Vivienda. 2006

4 El 72% de las emisiones de CO 2 de México, provienen del sector energía. Fuente: Inventario Nacional de Emisiones. INE. 2002

5 En Latinoamérica, México es el principal contaminante en producción de energía. Emisiones reflejadas en miles de toneladas de CO2 0 Emisiones de CO2 por generación de electricidad, Fuente: OLADE

6 Una cuarta parte de la energía en México se gasta en la edificación. Agropecuario 3% Edificación 23% Transporte 44% Industria 30% Fuente: Comisión Nacional de Fomento a la Vivienda CONAVI Uso Eficiente de la Energía en la Vivienda. 2006

7 Refrigeración 1% Cocina 1% Calefacción 6% Uso de energía en edificios de oficinas Calentamiento Ventilación 7% de agua 1% Otros 8% Aire acondicionado 28% La mitad de la energía se gasta en iluminación y aire acondicionado. Equipo de oficina 26% Iluminación 22% Fuente: Departamento de energía de EEUU. Investigación de uso final de energía en edificios de oficinas.

8 Energía que no necesita un fluido para transmitirse. Radiación solar.

9 Transferencia de calor Conducción

10 Convección

11 Análisis del clima

13 Gráfica solar

14 Vientos

16 Calor radiante / luz.

17 Resistencia térmica

18 Inercia térmica

19 a b 18 de marzo 10:30am 15 de junio 10:30am c a b c d e Control solar f d e f

20 Vilaverde. David Chiperfield. Madrid

22 Aqua tower Studio Gang Architects. Chicago

23 Control de deslumbramiento

24 New York Times Building Renzo Piano. Nueva York. 2008

25 Ministerio da Saúde e EducaçāoOscar Niemeyer. Rio de Janeiro. 1936

26 Relacion entre Temperatura neutral (Tn) y Temperatura exterior media (Te m ) Auliciems: Tn = Te m Modelos de confort térmico desarrollados en ASHRAE RP-884 MODELO RANGO TIPO DE EDIFICIO T Optima= (Media exterior ET*) 2.5 Con ventilación natural T Optima= (Media exterior ET*) 1.2 Con aire acondicionado Confort

27 Consumo energético en clima cálido Consumo energético en clima frío Fuente: ASHRAE. Advanced Energy Design Guide for Small Office Buildings. 2004

28 NOM-008-ENER-2001 Q proyectado Q referencia IESNA/ASHRAE/ANSI Apéndice G = Simulación Energética del Edificio Secciones que componen el estándar: Section 5: Building envelope Section 6: Heating, ventilation, and air-conditioning Section 7: Service water hearting Section 8: Power (including all building power distribution systems) Section 9: Lighting Section 10: Other equipment (including all permanently wired electrical motors)

29 Ganancias térmicas en un edificio Fuente: David Morillón. Enfoque Bioclimático del Análisis Térmico de Edificios. 2011

30 La ganancia de calor a través de la envolvente del edificio proyectado, es la suma de la ganancia de calor por conducción, más la ganancia de calor por radiación solar, es decir: Qp = Q pc + Q ps Ganancia térmica Fuente: NOM-008-ENER-2001

31 NOM 008 ENER - Conducción

32 Q ps = A*I*Fgs donde: A Es el área de la ventana, en m2 I Es la densidad del flujo calorífico de radiación, en W/ m2 Fgs (ó SHGC) Es el factor de ganancia solar del vidrio (dato del fabricante) NOM-008-ENER-2001-Radiación Fuente: NOM-008-ENER-2001

33 Se logran mayores ahorros energéticos cuando se bloquea la entrada de sol por la Aleros horizontales por encima de las ventanas son más efectivos en la fachada sur El volado de dichos aleros dependerá de la latitud y clima Partesoles verticales son mas efectivos en las fachadas oriente y poniente Considerar controles solares a base de louvers o elementos perforados, especialmente en climas nublados o fríos para seguir dotando de luz natural suficiente. Fuente: ASHRAE. Advanced Energy Design Guide for Small Office Buildings ASHRAE - Sombreado

34 ASHRAE 90.1 ASHRAE Conducción / Rediación Fuente: ASHRAE. Advanced Energy Design Guide for Small Office Buildings. 2004

35 equest

36 Renovación del edificio de la ONU Le Courbusier, Nueva York Fuente: Joan Gonchar. Revival of an Icon. Architectural Record Continuing Education Center. Septiembre 2012

37 N

39 39 pisos mts de largo 22.5 de ancho Primer edificio en el mundo en usar el sistema de muro cortina suspendido en losas.

41 Color y transparencia original del proyecto. Cristal aislado de alto desempeño Low E Coeficiente de sombreado en color verde azul

42 Encontrar un balance adecuado entre iluminación, ganancia por radiación solar y ventilación con un enfoque dirigido al confort del usuario y su viabilidad económica.

43 EDIFICIO RESIDENCIAL Guadalajara, Jalisco Calentores solares de agua. Parasoles y sistemas de sombra en fachada Acondicionamiento y calefacción radiantes Empleo de aislamiento en muros y cubiertas. Muros verdes en orientaciones críticas, para disminuir temperatura. Los costos estimados anuales para un edificio convencional de estas características serían: $138, USD Para este edificio son realmente de: $119, 942 USD Significando ahorros de: $19,029 USD ó 13% anuales.

44 EDIFICIO RESIDENCIAL Nuevo León, Monterrey Análisis de incidencia solar. Parasoles y sistemas de sombra en fachada Empleo de cristales inteligentes (Valores U y SHGC adecuados) Empleo de aislamiento en muros, (Valores R). La factura estimada por tarifa de electricida (CFE) al año, para una unidad residencial convencional de estas características sería: $3,755 USD anual $312 USD x mes Para este edificio, implementando estrategias, por unidad: $2,926 USD anual $ 243 USD x mes Significando ahorros de: $829 USD anuales por unidad ú 8% de ahorro. En un edificio de 117 unidades esto es 96,993 USD anuales de ahorro.

45 OFICINAS Y ALMACÉN Guadalajara, Jalisco Sistema pasivo de ventilación natural en bodegas que asegura 6 cambios de aire por hora. Ahorros por un 35% contra un edificio similar que se diseñe con el estándar ASHRAE Utilización de aislamiento en muros, (Valores R). Estrategias adicionales: Protección fachada Oriente con celosías: Ahorro de 22,320 kwh anuales equivalentes a $ 30,132 anuales Inversión adicional: $ 136,800* ROI: 4.5 años *Costo por m² de Celosías de $ 800. *Celosías de 30 cm. de 60 cm.

46 RESUMEN: ENERGIA ELECTRICA No. CONCEPTO kwh ANUAL $/kwh $ ANUAL 1 SENSORES DE PRESENCIA EN TODOS LOS ESPACIOS 117, $ 1.35 $ 158, MINISPLITS CON EFICIENCIAS SEER 18 A 22 12, $ 1.35 $ 16, LOUVERS EN VENTANAS DE "PROYECTOS ESPECIALES", "SISTEMAS" Y "TIENDA" 22, $ 1.35 $ 30, AHORROS ESTIMADOS COMBINADOS $ 205,281.00

RESULTADOS: OFICINAS CORPORATIVAS Toluca, Estado de México El proyecto presentaba un consumo por arriba del estándar ASHRAE 90.

propuso controlar la radiación solar en la fachada oriente.

47 RESULTADOS: OFICINAS CORPORATIVAS Toluca, Estado de México El proyecto presentaba un consumo por arriba del estándar ASHRAE en un 6% Se hizo un análisis solar y de clima donde los edificios en Toluca no necesitan sistemas de Aire Acondicionado si se mantiene en sombra Se propuso controlar la radiación solar en la fachada oriente. Se mejora la ventilación con ventanas operables Se propuso una envolvente con: cristales: SHGC=0.25 U=0.60 muros: R=13 techos: R=20 Al demostrar que es un espacio que logra niveles de confort sin necesidad de un sistema de aire acondicionado los ahorros llegan a ser de un 38%.

48 OFICINAS COMERCIALES Ciudad de México Torre de 26 Niveles con fachada al poniente. MODELO Modelo Base ANÁLISIS Y PROPUESTAS Modelo Propuesto Modelo Propuesto 01 Modelo Propuesto 02 DESCRIPCIÓN CONSUMO KW/H PORCENTAJE DE AHORRO Modelo de acuerdo a las especificaciones iniciales del cliente % Cristal Guardian Sunguard. Núcleo con una densidad de iluminación eficiente. Restricción en iluminación para inquilinos de 1.1 W/sf a 0.9 W/sf. Sensores de iluminación en espacios en renta. Cristal SKN 45II. Núcleo con una densidad de iluminación eficiente. Restricción en iluminación para inquilinos de 1.1 W/sf a 0.9 W/sf. Sensores de iluminación en espacios en renta. Cristal SKN 754II. Núcleo con una densidad de iluminación eficiente. Restricción en iluminación para inquilinos de 1.1 W/sf a 0.9 W/sf. Sensores de iluminación en espacios en renta. AHORRO ANUAL % $ 1,688, % $ 1,828, % $ 1,980,566.25

49 Considerando todos los análisis mencionados y medidas implementadas obtenemos un resultado en el que se logran distintos objetivos con un mismo fin. CALIDAD DEL AMBIENTE INTERIOR OPTIMIZACIÓN DE RECURSOS AHORRO ENERGÉTICO. CONFORT PARA LOS USUARIOS

50 Carátula Bibliografía Joann Gorchar. Revival of an Icon. Architectural Record Continuing Education Center. Septiembre 2012 Ilka & Andreas Ruby Re-inventing construction Ruby Press Jose María de Lapuerta, Fernando Altozano. Vivienda envolvente, hueco. Actar Janine M. Benyus. Biomimicry. Harper Perennial, 2002 Instituto de Arquitectura Avanzada de IAAC. Self Sufficent Housing. Actar. Barcelona Yeang, Ken Proyectar con la naturaleza: Bases ecologicas para el proyecto arquitectónico Editorial Gili, Barcelona, 1999.

51 José Ma. Vigil 2981 Col. Providencia C.P Guadalajara, Jalisco, México. Tel. +52 (33) (33) Culiacán 123 Piso 6 Col. Hipódromo Condesa C.P Del. Cuauhtémoc, México D.F. Tel. +52 (55) Rua Felipe Neri 320/103 Porto Alegre POA, Brasil. Tel +55 (51) contacto@eaenergiayarquitectura.com

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