HE1: Limitación de Demanda Energética

Transcripción

1 Código Técnico de la Edificación Aspectos Energéticos del Código Técnico de la Edificación 11 de julio de 2006 Las Palmas de Gran Canaria 12 de julio de 2006 Santa Cruz de Tenerife HE1: Limitación de Demanda Energética Servando Álvarez Domínguez Representante de la Asociación de Investigación y Cooperación Industrial de Andalucía

2 Código Técnico de la Edificación Contexto Exigencia básica HE1 : limitación de la demanda La Demanda de Energía en los edificios Bases conceptuales y metodología para el desarrollo de la CTE-HE1 Estudio de Impacto. Conclusiones. CTE-HE y la Directiva 2002/91/CE

3 LOE 39/1999: Requisito básico b HE El objetivo del requisito básico Ahorro de energía consiste en conseguir un uso racional de la energía necesaria para la utilización de los edificios, reduciendo a límites sostenibles su consumo y conseguir asimismo que una parte de este consumo proceda de fuentes de energía renovable. (...)

4 El consumo de energía en los edificios ACS 26% Iluminación 3% Equipos 12% Refrigeración 31% Iluminación 35% Calefacción / Refrigeración 59% Calefacción 23% Equipos 11% Residencial Oficinas

5 Exigencias ligadas al requisito de ahorro de energía Funcionalidad Seguridad Habitabilidad Salubridad Protección ruido Ahorro de Energía Código Técnico HE 1: Limitación de demanda energética HE 2: Rendimiento de las instalaciones térmicas HE 3: Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación HE 4: Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria HE 5: Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica

6 Ahorro de Energía en Edificios: Objetivo último: limitar el consumo total EXPRESIÓN DEL CONSUMO ENERGÉTICO Calefacción C = DEMANDA ENERGÉTICA RENDIMIENTO MEDIO DEL SISTEMA Refrigeración ACS Iluminación REDUCCIÓN DEL CONSUMO ENERGÉTICO REDUCCIÓN DE LA DEMANDA AUMENTO DEL RENDIMIENTO EN SISTEMAS CONVENCIONALES USO DE SISTEMAS ALTERNATIVOS (ENERGÍAS RENOVABLES)

7 Jerarquización n de Prescripciones Normativas Nivel 0 Nivel 1 Nivel 2 CTE Consumo Total Calefacción Demanda Rendimiento HE1 HE2 Refrigeración Demanda Rendimiento HE1 HE2 Agua Caliente Sanitaria Cont. Solar Rendimiento HE4 HE2 Cont. solar HE5 Iluminación Rendimiento HE3 Uso general Cont. Solar HE5 electricidad

8 Jerarquización n de Prescripciones Normativas Implicaciones de utilizar el nivel 2: sólo la zona verde está permitida Consumo Energía Final (kw h / m 2 año) Consumo máximo resultante al fijar niveles mínimo de rendimiento y máximo de demanda Demanda máxima permitida HE1 Rendimiento mínimo permitido HE2 Rendimiento medio Consumo = Demanda Rendimiento

10 Exigencia básica HE1 : limitación de la demanda Los cerramientos deben construirse de tal forma que la demanda energética anual del edificio, necesaria para alcanzar el bienestar térmico, debe estar limitada adecuadamente, en función del clima de la localidad, del uso del edificio y del régimen de verano y de invierno. La contribución de los cerramientos a la demanda energética del edificio se determinará teniendo en cuenta sus características de aislamiento e inercia, permeabilidad al aire y exposición a la radiación solar. (...)

11 DB HE 1 Demanda energética Envolvente térmica Todos los cerramientos que limitan espacios habitables con el ambiente exterior aire o terreno u otro edificio- y todas las particiones interiores que limitan los espacios habitables con los espacios no habitables Espacio habitable: : espacio destinado al uso permanente u ocasional de personas. Tendrán que tener unas condiciones acústicas, térmicas t y de calidad de aire adecuadas Espacio no habitable: : espacio no destinado al uso de personas aunque éstas puedan eventualmente acceder a los mismos

12 Exigencia básica HE1 : limitación de la demanda: Caracterización n y cuantificación n de las exigencias La Demanda energética será inferior a la de un edificio de referencia en el que los parámetros característicos de su envolvente térmica t son inferiores a unos valores límitel Transmitancia térmica t de muros de fachada U M Transmitancia térmica t de cubiertas U C Parámetros característicos Transmitancia térmica t de suelos U S Transmitancia térmica t de cerramientos en contacto con el terreno U T Transmitancia térmica t de huecos U H Factor solar modificado de huecos F H Factor solar modificado de lucernarios F L

13 DB HE 1 : Ejemplo de valores límite en función n de la zona climática

14 DB HE 1 : Opciones de Cumplimentación EDIFICIO OPCIÓN SIMPLIFICADA OPCIÓN GENERAL PROGRAMA LIDER VALORES LÍMITE DE PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS R E D I S E Ñ O DEMANDA EDIFICIO OBJETO DEMANDA EDIFICIO DE REFERENCIA CUMPLE? NO NO CUMPLE? SI CUMPLE LAS EXIGENCIAS DE LA SECCIÓN HE1, LIMITACIÓN DEMANDA ENERGÉTICA SI

15 Otros elementos de la HE1 Métodos de cálculo c aceptados para el cálculo c de los parámetros característicos. Soluciones simplificadas para casos complejos: Cerramientos en contacto con el terreno. Particiones interiores en contacto con espacios no habitables. Programa Oficial LIDER Documento reconocido: Catálogo de materiales y productos Documento reconocido: Procedimiento de acreditación n de programas alternativos

17 Por qué el edificio demanda energía a de calefacción n y refrigeración? Solicitaciones Exteriores Solicitaciones Interiores Los flujos de calor no conducen de manera espontánea nea a una situación n de confort

18 Demanda calefacción n y refrigeración (vivienda unifamiliar) Demandas calefacción Calefacción y y refrigeración Refrigeración. Vivienda según Aislada código según técnico Código Técnico. 60 Demanda de Refrigeración (kwh/m2) Dem anda de Calefacción (kwh/m 2)

19 Demanda calefacción n y refrigeración (edificio oficinas) Demandas Calefacción y Refrigeración. Oficinas según Código Técnico. 60 Demanda de Refrigeración (kwh/m2) Dem anda de Calefacción (kwh/m 2)

20 Qué aspectos condicionan la demanda? DEMANDA = f ( Clima, Ubicación, Envolvente, Condiciones operacionales y funcionales) Envolvente = forma (compacidad) fachadas orientación n y % vidriado características constructivas Ubicación n = acceso solar, control solar

21 Contribución n a la demanda de los cerramientos opacos Interior Exterior Q rt = U ( T sa + λ cos( ωt φ δ ) T I sa = Text + α h λ = Amortiguamiento δ = Desfase( retardo) T ai )

22 Contribución n a la demanda de los cerramientos semitransparentes I T ae = + T ai ρι αι τι T ae T ai T = 0 = 0 ae T ai

23 Contribución n a la demanda de los cerramientos semitransparentes T ext Q I = U T ( ae Tai) Q II = τi T ai Q III = α I h e hi + h i αh i Q = U ( Tae Tai ) + I + τ he + hi Factor solar

24 Efecto de obstáculos y elementos de control solar: Factor solar modificado Radiación incidente plano vertical A Radiación tras obstáculos lejanos B Radiación tras obstáculos de fachada C Radiación transmitida D Factor solar = D/C Factor de Sombra = C/B Factor solar modificado = D/B

25 Estrategia general limitación demanda EN INVIERNO: DEMANDA = PÉRDIDAS P GANANCIAS Limitar pérdidas p (aislamiento) Promover ganancias (orientación n ventanas, inercia) EN VERANO: DEMANDA = GANANCIAS PÉRDIDAS Limitar ganancias (control solar, inercia) Promover pérdidas p (ventilación) n)

26 Comportamiento general de los componentes de la envuelta I Opacos Q = U (T sa -T ai ) Text Semitransparentes Inf./Vent Vent. Q = U (T ext -T ai ) + g I Q = ρcpv& ( T ext Tai ) Tai

27 Comportamiento de la envuelta en régimen de invierno Opacos Pérdidas Q = U (T sa -T ai ) Ganancias Brutas Semitransparentes Inf./Vent Vent. Q = U (T ext -T ai ) + g I Q = ρcpv& ( T ext Tai )

28 Comportamiento de la envuelta en régimen de invierno Opacos Pérdidas Q = U (T sa -T ai ) Ganancias Brutas Semitransparentes Inf./Vent Vent. Q = U (T ext -T ai ) + g I Q = ρcpv& ( T ext Tai ) Limitar pérdidas p -> reducir U, reducir Promover ganancias -> aumentar g v&

29 Comportamiento de la envuelta en régimen de verano Neutro (excepto cubierta -ganancias-) Opacos Q = U (T sa -T ai ) Neutro Semitransparentes Inf./Vent Vent. Q = U (T ext -T ai ) + g I Q = ρcpv& ( T ext Tai ) Neutro (excepto ventilación nocturna -pérdidas-) Ganancias

30 Comportamiento de la envuelta en régimen de verano Neutro (excepto cubierta -ganancias-) Opacos Q = U (T sa -T ai ) Neutro Semitransparentes Inf./Vent Vent. Q = U (T ext -T ai ) + g I Q = ρcpv& ( T ext Tai ) Neutro (excepto ventilación nocturna -pérdidas-) Limitar ganancias -> reducir g, reducir U en cubiertas v& Ganancias

31 Aislamiento en cerramientos opacos (reducir U) 60 INFLUENCIA DEL ESPESOR DEL AISLAMIENTO MADRID; Muro Norte, Sur, Sureste, Este Ahorro (kw h/m2) NORTE SUR SURESTE ESTE Espesor del Aislamiento (cm)

32 Aislamiento en Medios Semitransparentes Reducir U -> reducir g Tipo de vidrio Vidrio simple claro Vidrio doble claro Vidrio doble bajo emisivo Vidrio doble bajo emisivo Transmitanci au (W/m 2 K) Factor solar (g)

33 Marcos (la U de la ventana es el promedio entre la U del acristalamiento y la U del marco) Tipo de Marco Madera Metálico Metálico con Rotura de puente térmicot PVC (2 huecos) PVC (3 huecos) Transmitancia Térmica W/m 2 K

34 Control solar (reducción de g en régimen de verano) Absorbente Reflectante

36 Proceso seguido para el desarrollo de CTE-HE1 1. Se perfeccionan las leyes de la NBE-CT CT Se añaden a aden los aspectos de la exigencia no incluidos. 3. Se fija para el edificio de referencia en la localidad de referencia una demanda un 25% inferior a la obtenida si se construyera según n la NBE-CT CT Se determinan las calidades constructivas para el edificio de referencia en la localidad de referencia 5. Se extrapolan para otros edificios y climas aplicando las leyes

37 Recomendaciones Generales del Consejo Internacional de la Edificación Tener un objetivo perfectamente definido Basarse en un conocimiento técnico seguro Ser de fácil comprensión Proporcionar certeza en cuanto al resultado Ser flexible en cuanto a su aplicación Poder aplicarse coherentemente en todo el territorio Poder actualizarse fácilmente No impedir la innovación Tener un cumplimiento lo más económico posible

38 Ejemplo de perfeccionamiento de las leyes de la NBE-CT CT-79: Caracterización n del clima y variación n de la demanda con el clima

39 Severidad climática y Zonificación climática A4 B4 C4 D3 E1 A3 B3 C3 D3 E1 Zonas Climáticas de Invierno SC (verano) A3 B3 C2 D2 E1 A3 B3 C1 D1 E1 Zonas Climáticas de Verano SC (invierno)

40 Variación de la Demanda con el clima D / D(Madrid) Todos demandan lo mismo Todos construyen igual Severidad Climática

41 Obtención n de las Calidades de los Componentes para el Edificio de Referencia en la Localidad de Referencia

42 Obtención de las Calidades Exigibles a los Componentes del Edificio de Referencia Cuando se pretende limitar una variable dependiente única (demanda) estableciendo límites a una serie de n variables independientes (los diferentes factores y elementos que contribuyen a dicha demanda), se está obviamente en presencia de un problema indeterminado D = 3x +2y +4z + 8w Como hipótesis fundamental se ha establecido que la demanda específica (por m2 ) de las fachadas, debe ser independiente de su orientación y del porcentaje de huecos.

43 Obtención de las Calidades Exigibles a los Cerramientos opacos (Muros, cubiertas y suelos) U Muros U [W/m 2 K] España Europa California Severidad Clim ática de Invierno

44 Demanda neta de una fachada en la que no cambia la calidad de los componentes (influencia del porcentaje de huecos) Madrid Fachada Norte Pérdidas, Ganancias, Demanda (kwh/m2) % 10% 20% 30% 40% 50% 60% %acristalado Pm+Pv G D

45 Demanda neta de una fachada en la que no cambia la calidad de los componentes (influencia del porcentaje de huecos) Madrid Fachada Norte Pérdidas, Ganancias, Demanda (kwh/m2) % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 20 %acristalado 0 Pérdidas, Ganancias, Demanda (kwh/m2) Madrid Fachada Sur Pm+Pv G D 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% %acristalado Pm+Pv G D

46 El resultado final: Tabla con los Valores Límite para una zona climática

47 Variación de la transmitancia de las ventanas con el porcentaje de huecos

48 Variación de la transmitancia de las ventanas con la orientación

51 Síntesis del procedimiento de comparación n con los valores límitesl Cerramientos y particiones interiores Componentes Parámetros característicos Parámetros característicos medios Comparación con los valores limites C 1 En contacto con el aire U C1 CUBIERTAS C 2 P C En contacto con un espacio no habitable Puente termico (Contorno de lucernario>0,5 m2 ) U C2 U PC U Cm = U Ci A Ci A + U Ci PC + A A PC PC + A + U A L L L U Cm U Clim L Lucernarios U L SUELOS S 1 Apoyados sobre el terreno U S1 S 2 S 3 En contacto con espacios no habitables En contacto con el aire exterior U S2 U S3 U Sm = U Si A A Si Si U Sm U Slim M 1 Muro en contacto con el aire U M1 FACHADAS M 2 P F1 P F2 P F3 H Muro en contacto con espacios no habitables Puente térmico (contorno de huecos > 0,5 m2 ) Puente térmico (pilares en fachada > 0,5 m2 ) Puente térmico (caja de persianas > 0,5 m2 ) Huecos U M2 U PF1 U PF2 U PF3 U H F H U Mm = UMi U Hm F Hm = = A A Mi Mi + + UH FH A A H H A A H H U A PFi PFi A PFi U Mm U Mlim U Hm U Hlim F Hm F Hlim CERRAMIENTOS EN CONTACTO CON EL TERRENO T 1 Muros en contacto con el terreno U T1 T 2 Cubiertas enterradas U T2 T 3 Suelos a una profundidad mayor de 0,5 m U T3 U Tm = U Ti A A Ti Ti U Tm U Mlim

52 Dónde están en la normativa anterior la flexibilidad y la innovación? Opción Prescriptiva (simplificada) frente a Opción Prestacional (general)

53 DB HE 1 : Opciones de Cumplimentación EDIFICIO OPCIÓN SIMPLIFICADA OPCIÓN GENERAL PROGRAMA LIDER VALORES LÍMITE DE PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS R E D I S E Ñ O DEMANDA EDIFICIO OBJETO DEMANDA EDIFICIO DE REFERENCIA CUMPLE? NO NO CUMPLE? SI CUMPLE LAS EXIGENCIAS DE LA SECCIÓN HE1, LIMITACIÓN DEMANDA ENERGÉTICA SI

54 El programa LIDER Estructura de la Aplicación Base de Datos Interfaz Gráfica Verificación Administrativa Datos Usuario Ayuda en Pantalla Resultados en Pantalla Motor de Cálculo

56 Estudio de Impacto El objetivo genérico consiste en comparar la situación antes y después de adoptar CTE-HE1 para determinar: o La reducción probable de la demanda energética de calefacción y refrigeración, o La reducción probable del consumo de energía final y de sus magnitudes asociadas. o El sobrecoste económico que estas reducciones suponen. (59940 casos)

57 SECTOR RESIDENCIAL

58 Influencia de la compacidad -80 Vivienda Aislada (1 a 5 plantas) Madrid -70 Demanda Calefacción (kw h/m2) CTE KG B KG R KG M Compacidad

59 Influencia del clima Demanda Vivienda Aislada Orientación Sur Demanda Calefacción (Kw h/m²) CTE NBE A B C D E SCI

60 Resumen de Resultados Unifamiliar DESTINADAS A VIVIENDA Bloque Total Vivienda Sector Terciario TOTAL DEMANDA DE CALEFACCIÓN SOBRECOSTE DE CALEFACCIÓN AHORRO ABSOLUTO DE DEMANDA DE CALEFACCIÓN(kWh/m2) AHORRO RELATIVO DE DEMANDA DE CALEFACCIÓN SOBRECOSTE DEBIDO A LOS REQUERIMIENTOS DE CALEFACCIÓN ( /m2) SOBRECOSTE DEBIDO A LOS REQUERIMIENTOS DE CALEFACCIÓN (%) Minimo Medio Máximo Minimo 30.23% 21.03% 24.60% 26.02% 25.44% Medio 33.64% 24.42% 27.99% 27.76% 28.62% Máximo 37.11% 27.91% 31.47% 29.32% 31.86% Minimo Medio Máximo Minimo 0.48% 0.25% 0.32% 0.26% 0.32% Medio 0.66% 0.39% 0.47% 0.45% 0.47% Máximo 0.86% 0.61% 0.69% 0.64% 0.69%

62 Conclusiones (1) Se ha realizado una actualización n de la Normativa de Aislamiento Térmico, T encuadrada en el nuevo Código C Técnico T de la Edificación, de acuerdo con las siguientes características principales: Está planteada con un doble enfoque, la denominada Opción Prescriptiva o método m simplificado de aplicación n manual y la Opción n Prestacional o método m general que se implementa a través s de un programa informático. Esta última opción constituye el enfoque por objetivos que se postula como filosofía a global del Código C Técnico. T Controla las necesidades energéticas tanto en régimen r de invierno como de verano, en el caso de que ambos regímenes sean significativos para el edificio y el clima considerado. Los coeficientes limitadores responden a leyes concretas y no se pueden cambiar de manera aleatoria sin introducir desajustes en

63 Conclusiones (2) La reducción n total porcentual alcanzada (28.62%) es consistente con la hipótesis inicial que condujo a la determinación n de los valores límite l (reducción n del 25%). La reducción n ha tenido en cuenta la situación n anterior originada por la NBE y corrige algunas disfunciones inherentes a la misma como es la incorrecta especificación n de la zonificación n climática. La propuesta es estable y proporcionada, tanto en climas como en edificios La propuesta es viable económicamente. Es dinámica, en el doble sentido de permitir la incorporación de nuevos componentes y de posibilitar la modificación n de los coeficientes limitadores de forma que éstos se adecuen a planteamientos variables de política energética.

64 Mas cosas... Cumplir el CTE-HE1 no implica tener una demanda prefijada...sino una demanda controlada. (Dos edificios que cumplan estrictamente el CT no tienen la misma demanda) El CTE-HE1 establece el nivel de exigencia mínimo m según la directiva 2002/91/CE Para superar ese mínimo m se puede recurrir a un buen diseño o (compacidad, orientación n acceso solar), una mejora de la calidad de los elementos de la envuelta en relaci ción con los propuestos en el CT, Una mejora de otros aspectos no limitados explícitamente en el CT: puentes térmicos, t permeabilidad, inercia la utilización n de elementos especiales...

66 DEEE (Objetivos vs. Instrumentos) OBJETIVOS El endurecimiento progresivo de la reglamentación n sobre calidad térmica de los edificios de nueva planta La promoción n de edificios de nueva planta con alta eficiencia energética Identificación n de medidas de mejora de la eficiencia energética en edificios existentes dentro de un contexto de viabilidad técnica t y económica. INSTRUMENTOS Requisitos mínimos m de eficiencia energética de los edificios nuevos Certificación n energética de edificios. Inspección n periódica de calderas y sistemas de aire acondicionado de edificios

67 DEEE (Objetivos vs. Instrumentos) OBJETIVOS El endurecimiento progresivo de la reglamentación n sobre calidad térmica de los edificios de nueva planta La promoción n de edificios de nueva planta con alta eficiencia energética Identificación n de medidas de mejora de la eficiencia energética en edificios existentes dentro de un contexto de viabilidad técnica t y económica. INSTRUMENTOS Requisitos mínimos m de eficiencia energética de los edificios nuevos Certificación n energética de edificios. Inspección n periódica de calderas y sistemas de aire acondicionado de edificios

68 Código Técnico T vs. DEEE C.T.E (L.O.E 38/1999) Directiva EEE 2002/91/CE Funcionalidad Seguridad Habitabilidad Salubridad Protección ruido Ahorro de Energía Requisitos mínimos m de eficiencia energética de los edificios nuevos Certificación n energética de edificios. Inspección n periódica de calderas y sistemas de aire acondicionado de edificios

69 Código Técnico T vs. DEEE C.T.E (L.O.E 38/1999) Directiva EEE 2002/91/CE Funcionalidad Seguridad Habitabilidad Salubridad Protección ruido Ahorro de Energía Requisitos mínimos m de eficiencia energética de los edificios nuevos Certificación n energética de edificios. Inspección n periódica de calderas y sistemas de aire acondicionado de edificios

70 Escala de calificación Más Menos

71 EDIFICIO OPCIÓN SIMPLIFICADA OPCIÓN GENERAL VALORES LÍMITE DE PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS LIDER CERTIFICACIÓN PRESCRIPTIVA LETRAS D Y E CALENER

72 Más cosas papel de las administraciones autonómicas y locales No basta con un marco legislativo adecuado basado en sólidos s principios y con un objetivo claro. Tampoco basta el disponer de herramientas as que no impidan la innovación n o la creatividad del diseñador. Es necesario además: Una política completa y permanente de diseminación n y formación. Un control de calidad de la implementación n práctica. El tratamiento simultáneo de edificios nuevos y existentes. Un seguimiento de los resultados obtenidos que permita la toma de d decisiones progresivas y fundamentadas sobre política energética Una política coherente de subvenciones. Todos estos últimos aspectos están n en España a transferidos a las administraciones autonómicas y locales que, en la mayoría a de los casos, no han tomado las medidas necesarias para la gestión n eficaz del CTE y la certificación

73 Código Técnico de la Edificación Aspectos Energéticos del Código Técnico de la Edificación Lugar, fecha de 2006 HE1: Limitación de Demanda Energética Ponente Filiación