SOL Y SUELO: ENERGÍA CERO PARA LOS EDIFICIOS. D.Guinea CSIC

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Jesús Caballero Soriano
hace 7 años
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1 SOL Y SUELO: ENERGÍA CERO PARA LOS EDIFICIOS D.Guinea CSIC

2 LA TIERRA COMO REFUGIO PARA EL SER VIVO

3 TAMBIÉN PARA NUESTRA ESPECIE

4 EL HIELO EN CLIMA MUY FRÍO Mínimas pérdidas por transmisión Aportación de calor por la actividad interior

5 EN CLIMA EXTREMO Defensa de la radiación directa Entrada controlada de aire frío

6 CLIMA CÁLIDO Y HÚMEDO Múltiples capas reflectantes para defensa de la radiación directa Protección ante la lluvia intensa Ventilación abierta para alcanzar temperatura y humedad ambiente

7 DEFENSA DEL SOL EN LOS PUEBLOS BLANCOS

8 O CAPTURA EN LA SIERRA

9 EL PROBLEMA HOY DE ENERGÍA EN LOS EDIFICIOS La vivienda social Pérdida de las estrategias locales Inadecuación al medio Soporte artificial del confort Elevado coste De construcción De energía Medioambiental

10 LOS EDIFICIOS CON EXCESO DE RECURSOS Elevada penetración solar Grandes pérdidas por transmisión y por radiación Gran aportación de energía externa para calefacción y refrigeración

11 A PARTIR DE LOS DEPÓSITOS ORGÁNICOS Petróleo Gas 84% pérdidas Carbón 16% eficiencia Nuclear

12 EL EDIFICIO COMO CONSUMIDOR NETO España (datos del IDAE): Consumo residencial 109 kwh/m 2 año 70% térmico Calefacción Refrigeración Agua caliente 30% eléctrico Iluminación Electrodomésticos Comunicaciones

13 COMPENSAR LAS PÉRDIDAS Transmisión a través de la envolvente Radiación por la ventanas Renovación de aire interior Intermitencias por huecos, puertas, etc.

14 CÁLCULO DE DEMANDA AL REQUERIMIENTO MÁXIMO

15 SOLUCIÓN 1: DETECTAR PÉRDIDAS

16 REDUCIENDO LA DEMANDA Mejor aislamiento Eliminación de puentes térmicos Protección de ventanas Recuperación en ventilación Control de fugas de aire y agua Dispositivos de mayor eficiencia Calderas, electrodomésticos Iluminación Refrigeración

17 SUMINISTRO AL REQUERIMIENTO MÁXIMO

18 PERFIL TEMPORAL DE LA NECESIDAD RESIDENCIAL DE ENERGÍA Potencia en kw 1 de marzo 1 de junio 1 de septiembre 1 de diciembre Consumo residencial 109 kwh/m 2 año Horas

19 COINCIDE CON LOS PICOS DE LA RED Demanda en la red eléctrica Potencia en kw 1 de marzo 1 de junio 1 de septiembre 1 de diciembre Consumo residencial 109 kwh/m 2 año

20 INERCIA EXTERIOR: CUBIERTA VEGETADA

21 INERCIA EN LOS MUROS

22 ÁRIDOS EN CAMBIO DE FASE

23 LA INERCIA INTERIOR DEL EDIFICIO

24 INERCIA EN EL SUBSUELO

25 INTERCAMBIADOR DE CALOR CON EL SUELO INERCIA DEL FORJADO

26 LA DEMANDA SE PUEDE REDUCIR DE LOS 109KWH/M2 AÑO ACTUALES Mejorando el aislamiento Evitando pérdidas Incrementando la eficiencia en el suministro Estabilizando el consumo mediante inercia interior PERO LOS EDIFICIOS TAMBIÉN CAPTURAN

27 LA APORTACIÓN SOLAR Balance energético promedio

28 DEPENDE, EN EL AÑO, DE LA LATITUD

29 RADIACIÓN SOLAR EN IBERIA 15 VECES SUPERIOR A SU DEMANDA abril de 2014

30 EL SOL SOBRE UN EDIFICIO (PROTOTIPO EN ARGANDA MADRID LAT 40ºN) Imagen de luz visible IR IS2 09/02/2011 4:25:08

31 RADIACIÓN SOLAR EN MADRID VERANO

32 TEMPERATURA EN MADRID VERANO

33 RADIACIÓN SOLAR EN MADRID INVIERNO

34 TEMPERATURA EN MADRID INVIERNO

35 RADIACIÓN SOLAR EN SEVILLA VERANO

36 TEMPERATURA EN SEVILLA VERANO

37 RADIACIÓN SOLAR EN SEVILLA INVIERNO

38 TEMPERATURA EN SEVILLA INVIERNO

39 CON ARRASTRE POR AIRE EN LA ENVOLVENTE

40 O ARRASTRE POR AGUA

41 CON POTENCIA DE CAPTURA

42 LA ENERGÍA EN LOS EDIFICIOS Se encuentra bien distribuida sobre el planeta En bajas latitudes es homogénea durante el año Es muy superior a la necesidad en latitudes medias y bajas Existe tecnología para captarla y gestionarla Como electricidad Como calor o frío Se implanta en la fase de construcción del edificio Para almacenamiento y uso de la energía Según las necesidades de sus ocupantes A coste similar a la edificación convencional

43 ENERGÍA, AIRE Y AGUA Proceden del entorno La cubierta y muros captan lo necesario El edificio y el terreno lo almacenan Sus ocupantes usan lo que necesitan Una red de control lo gestiona Y garantiza su operación y mantenimiento A un coste muy bajo

44 Captura híbrida GESTIÓN DE LA ENERGÍA Uso térmico directo Inmediato Uso eléctrico directo Fusión en temp. de uso horas-días Baterías ligeras Inercia del subsuelo meses -años Hidrógeno

45 CAPTURA HÍBRIDA TERMO- FOTOVOLTAICA EN LA ENVOLVENTE B C D E abril de 2014

46 ACUMULADOR-INTERCAMBIADOR DE CALOR ALTA POTENCIA PEQUEÑO VOLUMEN abril de 2014

47 ACUMULANDO SEGÚN NECESIDAD 60ºC 40ºC 23ºC abril de 2014

48 CALOR O FRÍO -15ºC 5ºC 16ºC T=23ºC Hr=60% abril de 2014

49 ACUMULACIÓN ELÉCTRICA A CORTO PLAZO. CICLO DIARIO Consumo residencial eléctrico medio (90m2) unos 450W abril de 2014

50 HORAS DÍAS abril de 2014

51 ACUMULACIÓN TÉRMICA LARGO PLAZO, ALTA ESTABILIDAD abril de 2014

52 22 LA INERCIA DEL SUBSUELO Umbral de confort Temperatura (ºC) Evolución con aportación del aire ambiente, sin radiación directa en la envolvente del edificio ni otras fuentes térmicas, para diferentes masas del subsuelo involucradas. 0,0625 m2 t / m2 c 0,125 m2 t / m2 c 0,25 m2 t / m2 c 0,5 m2 t / m2 c 1 m2 t / m2 c Tiempo (años) abril de 2014

53 La energía del entorno es suficiente para los edificios solo necesitan una gestión adecuada en captura, acumulación y uso Prototipo OIKOS Expo Zaragoza 2008 abril de 2014

54 Reposición viviendas Terremoto 2010 con la Universidad Austral de Valdivia Chile Prototipo objetivo /04/

55 EN UN EDIFICIO EXPERIMENTAL

56 CAPTURA EN LA CUBIERTA

57 Y EN LOS MUROS

58 PARA USO EN EL INTERIOR

59 O ACUMULACIÓN

60 CON UN CIRCUITO DE TRANSPORTE

61 Y UNA MÁQUINA TÉRMICA

62 POLIDEPORTIVO EN MADRID abril de 2014

63 FLUJO TÉRMICO EN EL POLIDEPORTIVO abril de 2014

64 EXTENSIBLE A GRANDES VOLÚMENES abril de 2014

65 ESTACIÓN EN DOBLE CATENARIA abril de 2014

66 MONTAJE, DESMOTAJE Y TEMPERATURA abril de 2014

67 A ARQUITECTURA ELIGENTE abril de 2014

68 GESTIÓN DE FLUJOS DE ENERGÍA Ambiente exterior Supervisión y control Ambiente interior Acumulación abril de 2014

69 GESTIÓN DE LA ENERGÍA MCF Terreno Li Ión Hidrógeno

70 CON UN POCO DE INTELIGENCIA En una red local con potencia similar a la de un teléfono móvil o un PC Capaz de medir y controlar La actividad y comodidad interior Los recursos disponibles en el exterior La cantidad y calidad de la energía acumulada Con interlocutores diferentes: Los ocupantes usuario del edificio El equipo de mantenimiento El equipo de desarrollo Una ventana al mundo para mostrar que la energía cero es posible Y un comportamiento flexible con capacidad de adaptarse y aprender de los usuarios y del entorno

71 CON GESTIÓN INTEGRAL DE LOS FLUJOS DE ENERGÍA Variables analógicas o binarias Series temporales Variables analógicas o binarias Series temporales sensores actuadores caudal temperat presión F T P I-3 I-2 I-1 V-1 E-1 E-2 abril de 2014

72 EN DECISIÓN INTELIGENTE DE VARIOS NIVELES INTERFACE HUMANO Entorno de desarrollo Entorno de usuario Entorno de mantenimiento Teleoperación y demostración CONTROL DE ALTO NIVEL Gestión de emergencias Estrategias de optimización Protocolos de mantenimiento Inspección y programación Avisos Respuesta de estado Valores de umbral Matrices de decisión Alarmas: averia Incumplimiento de objetivos Funciones y parámetros de modelado Funciones de pertenencia Procesos estadísticos básicos CONTROL DE BAJO NIVEL TODO/NADA: termostatos, presostatos, umbrales, etc. TABLAS DE DECISIÓN ANALÍTICO: P.I.D., otros CONTROL APROXIMADO caudal I-8 F Variables analógicas o binarias Series temporales sensores temperat I-7 T presión I-9 P E-6 Variables analógicas o binarias Series temporales V-10 actuadores E-5 abril de 2014

73 IMPLEMENTADA SOBRE REDES LOCALES abril de 2014

74 CON ENTORNOS DE INTERFAZ ADECUADOS abril de 2014

75 EN RESUMEN Cerramiento con captura híbrida termo-fotovoltaica Acumulación térmica selectiva en M.C.F. corto-medio plazo alta potencia En el subsuelo Largo plazo baja potencia Acumulación electroquímica En baterías Li-Ión: corto plazo, alta potencia En Hidrógeno medio-largo plazo. Transporte o uso como combustible Desde residuos muy alta eficiencia. Depuración Industrialización de edificación sostenible

76 CASI TODO ES POSIBLE PORQUE TENEMOS SOL Para todos Abundante Permanente Accesible

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