Máster en Arquitectura energía y medio ambiente 2011 / 12

Transcripción

1 ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE BARCELONA Máster en Arquitectura energía y medio ambiente 2011 / 12 Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo

2 ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE BARCELONA Máster en Arquitectura energía y medio ambiente 2011 / 12 T E S I N A VIDRIOS ESTÁTICOS Y DINÁMICOS ESTUDIO COMPARATIVO DE LA EFICIENCIA E N E R G É T I C A D E L O S E D I F I C I O S D E O F I C I N A EN CLIMA MEDITERRÁNEO A PARTIR DE LA UTILIZACIÓN DE DIFERENTES TIPOS DE ACRISTALAMIENTO. Presentación L Y D I A L Y M P E R O P O U L O U Tutor PhD J A U M E A V E L L A N E D A Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo

3 Hipotesis En los países mediterráneos, edificios altamente vidriados como edificios de oficinas, habitualmente se presentan problemas de sobrecalentamiento y deslumbramiento en sus espacios interiores de tal manera que obliga al uso de aire acondicionado, con un altísimo gasto energético. Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo

4 Objetivo Cómo afecta al consumo de energía de un edificio de oficinas la utilización de diferentes tipos de vidrio? Cuáles son las emisiones de CO2 que se producen en cada caso? Cuál es el coste durante la vida útil del edificio? Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo

5 Pasos Investigación de la eficiencia energética del vidrio y de sus características técnicas Investigación de nuevos tipos de vidrio: vidrios dinámicos activos Selección de los tipos de vidrio y del edificio de referencia Simulación ió en Ecotect, DesignBuilder ild y cálculos l manuales Análisis y conclusiones Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo

6 Eficiencia energética del vidrio

7 Vidrios estáticos Vidrio doble con cámara de aire o gas Vidrio contrafuego Vidrio flotado Vidrio curvado Vidrio aislante Vidrio de baja emisividad (Low E) Laminado acústico Vidrio tintado Vidrios dinámicos pasivos Vidrio de control solar Vidrio templado Vidrios de seguridad

8 Vidrios dinámicos Cristal liquido disperso (LCD) Fotocrómicos Vidrios dinámicos pasivos Vidrios dinámicos activos Gasocrómicos Termocrómicos De particulas en suspensión (SPD) Electrocrómicos

9 Vidrios dinámicos activos > vidrios de cristal liquido disperso

10 Vidrios dinámicos activos > vidrios de partículas en suspensión

11 ividrios dinámicos activos > vidrios electrocrómicos

12 ividrios dinámicos activos > vidrios electrocrómicos

13 ividrios dinámicos activos > vidrios electrocrómicos National Renewable Energy Laboratoy (NREL), USA Century College, USA

14 Selección del edificio de referencia

15 Banco de Sangre y Tejidos (BST), Barcelona

16 Banco de Sangre y Tejidos (BST), Barcelona

17 Banco de Sangre y Tejidos (BST), Barcelona DATOS GENERALES Superficie construida: m² Altura: 29,50 m Número de plantas: 5 sobre rasante y I bajo rasante

18 Banco de Sangre y Tejidos (BST), Barcelona MATERIALES Cerramiento pesado Hormigón blanco 30cm con aislamiento (lana mineral) U=0,3 W/m².K Huecos Vidrio doble de control solar y baja emisividad U=1,6 W/m².K Factor solar g=0,3 Transmitancia lumínica T=0,5

19 Banco de Sangre y Tejidos (BST), Barcelona HVAC Calefacción / ACS 2 x 460 kw calderas, alimentadas con gas natural como combustible. Refrigeración 3 x 621kW refrigeradores de alta eficiencia alimentadas con electricidad de la red como combustible. CoP del sistema: x 723 kw cooling towers adiabáticos ILUMINACIÓN Sistema DALI. Regulación automática de las persianas en función de la nubosidad y del ángulo de incidencia de los rayos delo sol.

20 Selección de tipos de vidrio CASO 1 Vidrio doble con cámara de aire + persianas manuales (U=2.7, 27 g=0.7, 07 Tvis=0.8) 08) CASO 2 Vidrio doble de baja emisividad y control solar + persianas automatizadas ti glare control (U=1.4, g=0.3, Tvis=0.5) CASO 3 Vidrio doble electrocrómico + (claro> U=1.1, g=0.4, Tvis=0.6, tintado> U=1.1, g=0.1, Tvis=0.02)

21 Selección de programa de simulación E C O T E C T Cálculos de sombreamiento y radiación muy b visuales Weather tool / Solar tool Exportación a otras herramientas: oenergyplus, Radiance, gbxml etc Limitaciones en los cálculos de energía térmica o(consumos de calefacción y refrigeración, temperaturas interiores etc) DESIGNBUILDER Se apoya en el EnergyPlus, lo que permite oianálisis muy avanzados de los consumos del oiedificio. Importación dxf 2D y gbxml 3D Posibilidad de definición paramétrica de lamas, oipersianas, i voladizos ldi o vidrios i electrocrómicos oiasí como su estrategia de control en función oide niveles de radiación, temperaturas etc.

22 Simulación: programa Ecotect N

23 Simulación: programa Ecotect BST, Radiación Solar por fachada (de 1 de junio a 31 de agosto, 8h a 18h) Sur oeste Sur este Norte este Norte oeste BST, Radiación solar por fachada (de 1 de diciembre a 28 de febrero, 8h a 18h) Sur oeste Sur este Norte este Norte oeste

24 Simulación: programa Ecotect CASO 3 Vidrio doble electrocrómico + glare control

25 Simulación: programa DesignBuilder

26 Simulación: programa DesignBuilder

27 Simulación: programa DesignBuilder

28 Simulación: programa DesignBuilder Categoría Descripción HVAC System type VAV + Heat recovery + Free coolimg Cooling type Chilled water Heating type Hot water gas boiler Economiser (Free cooling) type Return air temperature Fan system operation Continuous whenever spacies are occupied Type of chillers Screw chillers Chiller efficiency 4.9 COP Type of Boilers Gas boilers Heating set point 20 C Cooling set point 24 C DOMESTIC HOT WATER SYSTEM Type Instantaneous hot water only (fuel: natural gas) LIGHTING Luminaire type Lighting control type Recessed Stepped (only for the office zone)

29 Energía FACHADA CONVENCIONAL Combustible Consumo anual kwh / m² Consumo anual kwh / planta Equipos de oficina Electricidad 7, Iluminación ió Electricidad id d 18, Ventiladores Electricidad 9, Bombas Electricidad 9, Calefacción Gas 7, Refrigeración Electricidad 14, ACS Gas 4, Heat rejection Electricidad 0, Total 72, Vidrio doble con cámara de aire + persianas manuales, BST. Simulación Nº1

30 Energía FACHADA CONVENCIONAL Combustible Consumo anual kwh / m² Consumo anual kwh / planta Equipos de oficina Electricidad 7, Iluminación ió Electricidad id d 5, Ventiladores Electricidad 9, Bombas Electricidad 8, Calefacción Gas 7, Refrigeración Electricidad 14, ACS Gas 4, Heat rejection Electricidad 0, Total 59, Vidrio doble de baja emisividad con protección solar + persianas automatizadas, BST. Simulación Nº2

31 Energía FACHADA CONVENCIONAL Combustible Consumo anual kwh / m² Consumo anual kwh / planta Equipos de oficina Electricidad 7, Iluminación ió Electricidad id d 5, Ventiladores Electricidad 9, Bombas Electricidad 9, Calefacción Gas 7, Refrigeración Electricidad 14, ACS Gas 4, Heat rejection Electricidad 0, Total 58, Vidrio doble electrocromico + glare control, BST. Simulación Nº3

32 Energía kwh Consumo energético annual del BST según tipode vidrio y control +19% +1% Ventilación Rfi Refrigeraciónió Calefacción Iluminación Vidrio doble+persianas manuales Vidrio de baja emisividad+dl+persianas automatizadas ti Vidrio electrocromico+ DL+glare control

33 Energía kwh/m² Gráfica comparativa del consumo mensual de calefacción (1) 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Vidrio de baja emisividad+persianas automatizadas (glare control) Vidrio electrocromico+ glare control 0,00

34 Energía kwh/m² Gráfica comparativa del consumo mensual de iluminación (2) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Vidrio de baja emisividad+persianas automatizadas (glare control) Vidrio electrocromico+ glare control 01 0,1 0

35 Energía kwh/m² Gráfica comparativa del consumo mensual de refrigeración (3) 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 Vidrio de baja emisividad+persianas automatizadas (glare control) Vidrio electrocromico+ glare control 0,50 0,00

36 Energía kwh/m² Gráfica comparativa del consumo mensual de ventilación (4) 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 Vidrio de baja emisividad+persianas 0,8 automatizadas (glare control) 0,6 Vidrio electrocromico+ glare control 0,4 0,2 0

37 Emisiones de CO2 Combustibles Factor de conversion * Electricad (kwh) 0,267 kg CO2 / kwh Gas natural (kwh) 0,200 kg CO2 / kwh kgco % Según la Generalitat de Catalunya Comisión Interdepartamental del Cambio Climático y la Oficina Catalana de Cambio Climático Vidrio doble+persianas manuales Vidrio de baja emisividad+persianas automatizadas (glare control) Vidrio electrocromico+ glare control

38 Coste INVERSIÓN INICIAL PLANTA TÍPICA 10 AÑOS DE USO COSTE TOTAL , , , Vidrio doble commún Vidrio de baja emisividad y protección solar Vidrio electrocrómico. *Para suministros con potencia contratada a partir de 15 kw, el término de energía es 0,179 /kwh según las tarifas eléctricas de Endesa publicadas en el BOE 28 Junio 2012.

39 Conclusiones La comparación de estas alternativas muestra que en un clima mediterráneo el edificio de referencia que tiene 50% huecos gasta menos energía con eluso delvidrioelectrocrómico. Para el cálculo de las emisiones de CO2, la alternativa del vidrio electrocrómico tiene casi las mismas emisiones de CO2 que la del vidrio de baja emisividad y emite 20% menos que el caso del vidrio doble sencillo con persianas manuales. Sobre el coste de los vidrios para los primeros 10 años del uso del edificio se estima que la alternativa del vidrio electrocrómico es más económica mientras que el coste para su funcionamiento es muy bajo: 3.5 kwh/m²/año /año. Nota: Aún no existe alguna información sobre el mantenimiento de los vidrios electrocrómicos y su garantía es de 10 años parael vidrio, 5 años parael funcionamientodelelectrocrómico y sólo 2 años de los componentes de los sistemas de control. La falta de control de la iluminación y de las persianas puede aumentar dramáticamente el consumo total del edificio.

40 Conclusiones Para tener resultados más generalizados sobre la eficiencia energética de dichos vidrios se deben probar más parámetros como distintas tipologías de fachada o climas más fríos/cálidos que el mediterráneo (Anexo). En conclusión, el vidrio con sus múltiples variantes, puede ser un material de altas prestaciones en relación a la estética y eficiencia energética en la arquitectura. Es importante para los arquitectos e ingenieros entender los tipos de vidrios que están disponibles hoy en día en el comercio con el fin de encontrar la solución óptima para cada proyecto.

41 Anexo Simulación. Segundo caso > Fachada tipo muro cortina Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo

42 Anexo Simulación. Segundo caso > Fachada tipo muro cortina Consumo anual CASO 1 Vidrio doble con cámara de aire + persianas manuales Vidrio doble con cámara de aire + kwh / planta CASO 2 Vidrio doble de baja emisividad y control solar + persianas automatizadas Vid i d bl d b j kwh / planta CASO 3 Vidrio doble electrocrómico + glare control kwh / planta Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo