TOLDO URBANO: POSIBILIDADES DE REDUCCIÓN DE LA DEMANDA DE REFRIGERACIÓN

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1 TOLDO URBANO: POSIBILIDADES DE REDUCCIÓN DE LA DEMANDA DE REFRIGERACIÓN Alumna: Elena Garcia Nevado Tutores: Helena Coch y Antonio Isalgué TESINA DE MÁSTER DE ARQUITECTURA, ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTE UNIVERSITAT POLITÉCNICA DE CATALUÑA. SEPTIEMBRE 2013

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3 AGRADECIMIENTOS A los profesores del Máster de Arquitectura Energía y Medio Ambiente del curso , por lo mucho que he aprendido y por enseñarme otra forma de ver la arquitectura. A mis tutores Helena Coch y Toni Isalgué, por su paciencia y sus ánimos. A mis compañeros del Máster, por un año maravilloso. A mis familias, la de nacimiento y la de adopción, por su apoyo constante. Y por supuesto, a Jorge, por estar siempre ahí. 3

4 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN Justificación de la investigación Hipótesis Objetivos Estructura de la tesina ESTADO DEL ARTE Cuestiones previas De la arquitectura textil a los tejidos como protección solar Escalaridad de las protecciones solares Estado de la cuestión Influencia del contexto urbano sobre el microclima Efecto del microclima sobre el consumo Situación actual de la simulación energética METODOLOGÍA Esquema metodológico Condiciones de simulación Descripción del ambito geográfico-climático del trabajo Simulador empleado y limitaciones Parámetros introducidos en el simulador ANÁLISIS DE LAS SIMULACIONES Y DISCUSIÓN Análisis de las variables espaciales Efectividad del toldo en función de la orientación de la calle Efectividad del toldo en función de la proporción de la calle Efectividad del toldo en función del % Ventana Análisis de las variables materiales Efectividad del toldo en función del % de obstrucción del toldo Efectividad del toldo en función de masa del cerramiento Efectividad del toldo en función de la transmitancia Importancia relativa de las variables estudiadas Metodología de implantanción del toldo a escala urbana Estrategia de implantación: filtros urbanos Estudio de caso: Mapeado del barrio Ciudad Jardín 64 4

5 5. CONCLUSIONES Conclusiones generales Conclusiones específicas 75 6 BIBLIOGRAFÍA ANEXOS 81 ANEXO 1: Caso base [30%Ventana + C. Pesada + Sin aislar + toldo80% ] 82 ANEXO 2: Modificación 1 [15%Ventana ] 83 ANEXO 3: Modificación 2 [C.Ligera ] 84 ANEXO 4: Modificación 3 [ Toldo 50% ] 85 ANEXO 5: Modificación 4 [ toldo urbano vs toldo local ] 86 ANEXO 6: Modificación 5 [ Aislado ] 87 5

6 ÍNDICE DE FIGURAS CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN Figura 1.1 Distribución del Consumo de Energía final por sectores. Fuente: Elaboración propia a partir del In forme anual de consumos energéticos del IDAE (2011) para España y del informe Energy markets in the EU para Europa Figura 1.2 Desagregación de Consumo Eléctrico y Térmico por usos en Sector Residencial. Fuente: Informe SPAHOUSEC CAPÍTULO 2: ESTADO DEL ARTE Figura 2.1 Cerramientos textiles en el Campus BBVA en la Moraleja, Madrid. Fuente: Revista Tectónica 36 Figura 2.2 Tiendas beduinas en las colinas de Bethany (Israel). Fuente: Arquitectura textil: transformar el espacio Figura 2.3 Cubiertas del estadio de tenis Rothenbaum en Hamburgo. Fuente: Revista Tectónica 36 Figura 2.4 Patio norte de la Universidad de Melbourne. Fuente: Arquitectura textil: transformar el espacio Figura 2.5 Toldo en el baluarte de Ses Voltes en Palma de Mallorca. Fuente: Revista Tectónica 36 Figura 2.6 Palenque de la Expo 92 de Sevilla. Fuente: Internet Figura 2.7 Zoco en Marrakech. Fuente: elaboración propia Figura 2.8 Calle comercial Nakamise-dōri, Japón. Fuente: Internet Figura 2.9 Toldo de verano en C/ Concepción de Córdoba. Fuente: Periódico Córdoba Figura 2.10 Toldo de verano en la C/ Larios de Málaga. Fuente: Diario MálagaHoy Figura 2.11 Esquema sobre los intercambios energéticos en ambiente rural vs ambiente urbano. Fuente: elaboracion Propia Figura 2.12 Cartas solares estereográficas de zonas nombradas. Latitud, elevación solar y horas de sol. Fuente: Elaboracion Propia Figura 2.13 Acondicionamiento ambiental urbano en Avda. Europa, Sevilla (Expo92). Fuente: Internet CAPÍTULO 3: METODOLOGÍA Figura 3.1 Esquema del modelo topológico. Fuente: elaboración propia Figura 3.2 Matriz básica de casos a partir de variables espaciales. Fuente: elaboración propia Figura 3.3 Matriz modificada de casos a partir de var. materiales. Fuente: elaboración propia Figura 3.4 Esquema metodológico de la investigación. Fuente: elaboración propia Figura 3.5 Ubicación de Córdoba dentro de España. Fuente: elaboración Propia Figura 3.6 Plano esquemático de la ciudad de Córdoba y su entorno geográfico. Fuente: Elaboración Propia Figura 3.7 Plano de Córdoba de Rebollo-Vicenta de Figura 3.8 Planos esquemático de la evolución urbana de Córdoba. Fuente: elaboración propia en base a planos históricos e información catastral. Figura 3.9 Mapa mundial de clasificación climática Köppen. Fuente: Universidad de Melbourne Figura 3.10 Medias de T a y %humedad relativa. Fuente: Datos de Estación Meteorológica Figura 3.11 Precipitaciones mensuales (mm). Fuente: Datos de Estación Meteorológica Figura 3.12 Diagrama Psicrométrico de Givoni con información climática de Córdoba. Fuente: elab. propia Figura 3.13 Radiación media diaria (kwh/m 2 dia). Fuente: Datos de Estación Meteorológica Figura 3.14 Radiación teórica (kwh/m 2 dia). Fuente: Heliodón Figura 3.15 Gráficas de Temperatura del Aire y Radiación Horizontal del Julio de Fuente: elaboración propia a partir de la base de datos SWEC. Figura 3.16 Distancia Est. Meteorológica-Ciudad. Fuente: elaboración propia 6

7 CAPÍTULO 4: ANÁLISIS DE LAS SIMULACIONES Y DISCUSIÓN Figura 4 Proceso de obtención de gráficas. Fuente: Elaboración Propia Figura 4.1 Tabla sobre disminución de la demanda gracias al toldo según orientación (kwh/semana). Fuente: elaboración propia Figura 4.2 Demanda sin / con toldo según orientación (kwh/sem). Fuente: elab. propia Figura 4.3 Disminución de demanda gracias a toldo según orientación (kwh/sem). Fuente: elab. propia Figura 4.4 Disminución de demanda gracias a toldo según orientación (%). Fuente: elab. propia Figura 4.5 Estabilización de la Demanda de Refrigeración sin toldo según propoción W/H de calle (kwh/sem). Fuente: elaboración propia Figura 4.6 Demanda de refrigeración sin toldo para caso base (kwh/semana). Fuente: elaboración propia Figura 4.7 Demanda de refrigeración sin toldo según proporción W/H (kwh/semana) y % respecto al caso sin entorno. Fuente: elaboración propia Figura 4.8 Tabla sobre disminución de la demanda gracias al toldo según proporción W/H (kwh/semana). Fuente: elaboración propia Figura 4.9 Comparativa de demandas sin / con toldo según proporción W / H (kwh/sem). Fuente: elab. propia Figura 4.10 Disminución de Demanda gracias al toldo (kwh/sem y %). Fuente: elab. propia Figura 4.11 Dem.Ref. y efectividad del toldo según %ventana (kwh/sem, kwh/sem %). Fuente: elab.propia Figura 4.12 Comparativa del efecto del toldo: 30 %ventana vs 15 %ventana (kwh/semana, kwh/sem %). Fuente: elaboración propia Figura 4.14 Comparativa de demanda final: toldo 80% vs toldo 50% (kwh/sem) Fuente: elaboración propia Figura 4.13 Dem.Ref. y efectividad del toldo según %obstrucción del toldo (kwh/sem, kwh/sem, %) Fuente: elab. propia Figura 4.15 Comparativa del efecto del toldo: 80% de obstrucción vs 50% de obstrucción (kwh/semana, kwh/sem %). Fuente: elaboración propia Figura 4.16 Efectividad según %obstrucción del toldo urbano frente a toldo local. Fuente: elaboración propia Figura 4.17 Beneficios adicionales del toldo. Fuente: elaboración propia Figura 4.18 Comparativa del efecto del toldo: toldo urbano vs toldo local (kwh/semana, kwh/sem %). Fuente: elaboración propia Figura 4.19 Dem. Ref. y efectividad del toldo según masa del cerramiento (kwh/sem, kwh/sem %) Fuente: elaboración propia Figura 4.20 Tª interior y exterior según masa del cerramiento (ºC). Fuente: elaboración propia Figura 4.21 Comparativa del efecto del toldo: construc. pesada vs construc.ligera (kwh/sem, kwh/sem %). Fuente: elaboración propia Figura 4.22 Dem. Ref. y efectividad del toldo según transmitancia del cerramiento (kwh/sem, kwh/sem %) Fuente: elaboración propia Figura 4.23 Comparativa del efecto del toldo: construc. sin aislar vs aislada (kwh/sem, kwh/sem %). Fuente: elaboración propia Figura 4.24 Rangos de variación de efectividad de las variables espaciales (kwh/sem). Fuente: elab. propia Figura 4.25 Rangos de variación de efectividad de las variables materiales (kwh/sem). Fuente: elab. propia Figura 4.26 Importancia relativa de las variables estudiadas sobre la efectividad del toldo Fuente: elab. propia Figura 4.27 Toldos en C/Preciados (Madrid). Fuente: Google Maps y 20minutos Figura 4.28 Esquema de implantacion del toldo urbano. Fuente: Elaboración propia Figura 4.29 Efectividad del toldo según proporción por orientación, para un 30% ventana. Fuente: elab. propia Figura 4.30 Barrio Ciudad Jardín de Córdoba. Fuente: Elaboración propia a partir de Catastro y Google Maps Figura 4.31 Alturas de la edificación en el barrio Ciudad Jardín de Córdoba. Fuente: Elab.propia desde Catastro Figura 4.32 %Ventana en bloque, C/Julio Pellicer (Córdoba). Fuente: Elab. Propia Figura 4.33 Aplicación del filtro de viabilidad al barrio de Ciudad Jardin. Fuente: Elab. Propia Figura 4.34 Falta de uniformidad en altura en C/ Siete de Mayo (Córdoba). Fuente: Google Street View (2009) Figura 4.35 Vegetación de bajo porte compatible con toldo en C/ Damasco (Córdoba). Fuente: Google Street View (2009) Figura 4.36 Vegetación de gran porte incompatible con toldo C/Virgen del Perpetuo Socorro (Córdoba). Fuente: Google Street View (2009) Figura 4.37 Aplicación del filtro de efectividad al barrio de Ciudad Jardin. Fuente: Elab. Propia Figura 4.38 Mapeado de implantación del toldo urbano en barrio Ciudad Jardin (Córdoba). Fuente: elab.propia Figura 4.39 Imágenes de los tramos de calles propuestos. Fuente: Google Street View (2009) 7

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9 CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1.1 Justificación de la investigación 1.2 Hipótesis 1.3 Objetivos 1.4 Estructura del trabajo 9

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11 1. INTRODUCCIÓN 1.1 Justificación de la investigación Los edificios, y más concretamente los sistemas incluidos en los mismos, tienen como objetivo mantener unas condiciones interiores estables (acústicas, térmicas y lumínicas) frente a un exterior cambiante, dentro de unos márgenes socialmente aceptados. Esta búsqueda incesante de lo que llamamos confort [...] ha llevado a evolucionar las demandas en todos los edificios [1], lo que se ha traducido en un progresivo aumento del consumo energético asociado a las edificaciones. Según el último informe publicado por la UE [2], los edificios residenciales en la zona comunitaria son responsables del 14% de la energía final consumida (excluyendo pérdidas en los procesos de transformación y transporte de la energía), mientras que a nivel de España [3], el porcentaje se eleva hasta el 46%. Estas cifras lo convierten, en principal sector consumidor de energía del país y dando una idea de lo mucho que queda por hacer en los edificios residenciales en términos de eficiencia y ahorro energético ( figura 1.1). Figura 1.1 Distribución del Consumo de Energía final por sectores. Fuente: Elaboración propia a partir del Informe anual de consumos energéticos del IDAE (2011) para España y del informe Energy markets in the EU para Europa Dada la crisis ecológica y energética en la que se halla sumido el planeta - en la que nos hayamos sumidos-, la eficiencia energética debe considerarse como requerimiento básico para todas nuestras edificaciones y, especialmente, para el sector residencial. Es necesario realizar una revisión de todos los usos en los que se emplea energía en el hogar, e incidir sobre aquellos en los que dicha necesidad pueda ser satisfecha de manera más sostenible, es decir, mediante sistemas pasivos o, al menos, con energías renovables. 11

12 En el sector residencial español [4], y centrándonos en temas de acondicionamiento climático por su relación directa con el diseño arquitectónico, podemos ver cómo los principales consumos se deben a la calefacción (figura 1.2). En latitudes medias, gracias a la fuente de energía casi inagotable que constituye el sol, suplir la demanda de calefacción y A.C.S de manera pasiva o mediante energía renovable puede resultar relativamente sencillo combinando estrategias de captación (pasivas o mediante paneles termosolares), aislamiento y en algunos casos de inercia. Figura 1.2 Desagregación de Consumo Eléctrico y Térmico por usos en el Sector Residencial. Fuente: Informe SPAHOUSEC Sin embargo, en el caso de la refrigeración, aunque las consecuencias no sean tan graves, la solución arquitectónica es más compleja y el acondicionamiento por medios pasivos resulta mucho más complicado. De manera simplificada, las herramientas pasivas de las que disponemos en esta situación son: Los sistemas que favorecen el movimiento del aire El aprovechamiento de la inercia Los sistemas de refrigeración evaporativa Las protecciones frente a la radiación. De ellos, los dos primeros, están muy condicionados por el diseño de inicial de la edificación, siendo difíciles de incluir a posteriori; el tercero, aunque sí puede ser incorporable en la obra ya construida, implica la presencia de agua (directamente con fuentes o vaporizadores, o indirectamente empleando vegetación) y este hecho, en algunas circunstancias, puede ser problemático. Por último, en cuanto a la cuarta herramienta, cabe decir que se trata de estrategias empleadas desde la antigüedad que, en general, requieren pocos recursos así como un mantenimiento limitado. Este trabajo se centra en este tipo de actuaciones como forma de disminuir la demanda de refrigeración. Hoy en día son habituales las protecciones solares en la edificación residencial, aunque en muchas ocasiones no se le otorgue la importancia que merece (ej. son de los primeros elementos en suprimirse en obra cuando existen problemas de presupuesto). En cualquier caso, estos dispositivos rara vez trascienden de la mera protección del hueco. En cambio, en áreas comerciales o de ocio, sí es habitual encontrar protecciones solares a mayor escala, tales como toldos, pérgolas o cañizos que toman la dimensión de la calle. Buscan mejorar las condiciones ambientales del espacio público fundamentalmente con fines mercantiles, nunca por motivos de ahorro energético. 12

13 La presencia de protecciones solares a mayor escala, además de proteger los huecos de la radiación, provoca una transformación del microclima urbano: unas nuevas condiciones ambientales, menos extremas, con las que los edificios intercambiaran energía. Esta tesina se centrará en las posibilidades de disminución de la demanda de refrigeración, y con ello, el posible ahorro energético, que permitiría la importación al ámbito residencial de este tipo de dispositivos de protección solar a escala de urbana. De manera específica, se trabajará sobre el empleo del toldo como elemento de protección solar a escala urbana en áreas con verano cálido seco, particularizando el estudio en la ciudad Córdoba (España) como ejemplo de este clima. En definitiva, esta tesina parte de una visión integradora de la arquitectura, entendiendo el edificio no como ente aislado que consume energía, sino como parte de un sistema urbano, consumidor de energía a una escala mucho mayor, y en la que la suma de pequeños ahorros individuales supondría un gran beneficio ambiental Hipótesis La hipótesis de la que parte el presente trabajo se basa en que es posible disminuir la demanda energética de refrigeración en edificios residenciales gracias a la modificación del microclima del tejido urbano en el que se insertan mediante la instalacion del toldo a escala de calle (protección solar a escala urbana) Objetivos El objetivo general de esta investigación consistirá en estudiar la efectividad del toldo urbano como medida de reducción de la demanda de refrigeración para climas con verano de severidad moderada (en España, se asociaría con áreas de índice de severidad climática de verano de 4 según el C.T.E.). Para ello se plantean los siguientes objetivos específicos: - Determinar la influencia sobre la efectividad del toldo urbano de variables espaciales tales como la orientación de la calle, la proporción ancho-alto de la misma y el % de ventana existente en la fachada. - Determinar la influencia sobre la efectividad del toldo urbano de variables materiales tales como el % de obstrucción del toldo y las características térmicas del cerramiento de los edificios (inercia, aislamiento) - Establecer un orden de importancia relativa entre las variables estudiadas en cuanto a efectividad del toldo urbano. - Diseñar una estrategia de implantacion del toldo a escala urbana que un mapeado de la ciudad con las zonas donde sería más conveniente su instalación. 13

14 1.4. Estructura de la tesina El presente trabajo se estructura en siete capítulos, cuyo contenido se resume a continuación. El capítulo I, en el que nos encontramos, justifica el interés del tema de investigación, define la hipótesis de la que parte el trabajo, así como los objetivos que se pretenden alcanzar con el mismo. En el capítulo II, se realizará un recorrido por cuestiones previas de contexto que sido de relevancia en el desarrollo de la tesina, además de describir el estado actual de las investigaciones científicas sobre el tema. El capítulo III describirá detalladamente la metodología seguida, haciendo hincapié en aspectos como las condiciones de cálculo. En el capítulo IV, se analizarán las simulaciones realizadas con el programa DesignBuilder y se discutirán los valores obtenidos, estudiando la efectividad del toldo urbano en valores absolutos y porcentuales. Además se diseñará una estrategia de implantación del toldo urbano, mostrando el Barrio Ciudad Jardín de Córdoba como ejemplo. El capítulo V recogerá las conclusiones de la investigación, dando una visión crítica de las posibilidades de aplicación. Para finalizar, los capítulos VI y VII corresponderán, respectivamente, a la bibliografía y los anexos. 14

15 CAPÍTULO II ESTADO DEL ARTE 2.1 Cuestiones previas De la arquitectura textil a los tejidos como protección solar Escalaridad de las protecciones solares 2.2 Estado de la cuestión Influencia del contexto urbano sobre el microclima Efecto del microclima sobre el consumo Situación actual de la simulación energética 15

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17 2. ESTADO DEL ARTE 2.1. Cuestiones previas De la arquitectura textil a los tejidos como protección solar Las tradicionales yurts de Asia central, los tipis de los indios americanos, las tiendas beduinas del norte de África... Las culturas nómadas han utilizado materiales ligeros (pieles o tejidos) para crear cobijos donde protegerse de las inclemencias del tiempo. Ya en el siglo XIX, contando con nuevas técnicas y buscando espacios más ambiciosos, aparece la nueva tipología del circo. En principio se trataba de grandes estructuras recubiertas por lonas, pero pronto incorporarían materiales plásticos para mejorar su impermeabilidad. Estas experiencias sentarían las bases de la arquitectura textil que hoy conocemos y que, desde hace unas décadas, está viviendo una desarrollo exponencial gracias a la aparición de nuevos materiales, innovadoras técnicas constructivas y al diseño de geometrías optimizadas a través de programas informáticos. Javier Tejera [5] puntualiza que el nombre de arquitectura textil proviene de una traducción algo libre del término inglés tensile architecture, ya que mientras que el primero alude únicamente al empleo de tejidos como material constructivo, el segundo se centra sobre la forma de trabajar del material - sea cuál sea éste. De esta reflexión se deduce que no toda la arquitectura que incorpora textiles puede considerase como arquitectura textil, y que a veces los límites son difusos. En cualquier caso, dentro de la arquitectura que sí podemos denominar como textil, se distinguen claramente dos tipos: - Estructuras presostáticas: aquellas en las que presión del aire interior de una cámara mantiene la forma y soporta las cargas. - Estructuras tensostáticas: son aquellas que se estabilizan por tracción de la membrana desde los vértices, bordes o anclajes. Diferenciamos dos subtipos: aquellas en las que estructura y cerramiento son la misma membrana, o aquellas con mallas de cables estructurales en las que la membrana actúa sólo como cerramiento. El toldo urbano que propone esta tesina, estaría en esta línea. Por sus características intrínsecas de ligereza y flexibilidad, este tipo de arquitectura ha sido ampliamente utilizada para generar sombra, sobre todo en regiones con climas en los que la protección frente a la radiación juega un papel importante a la hora de lograr el confort exterior o interior. En algunas ocasiones este requerimiento de sombra se ha materializado en estructuras complejas, obras enmarcables dentro de la arquitectu- Figura 2.1 Cerramientos textiles en el Campus BBVA en la Moraleja, Madrid. Fuente: Revista Tectónica 36 17

18 ra textil; mientras que, otras veces, casi deberíamos hablar de dispositivos de sombra, puesto que son simples elementos de cerramiento textiles (figura 2.1). Dado que esta tesina intenta ahondar en las posibilidades de ahorro en la vivienda mediante el empleo de la protecciones solares a escala urbana, nos gustaría recoger en este capítulo algunos ejemplos interesantes al respecto. Expondremos a continuación algunos casos en los que la arquitectura textil se ha utilizado bien como elemento de protección solar de otros espacios o bien como creadora de espacios sombreados en sí mismos. Arquitectura textil vernácula Aunque no se trate de un ejemplo concreto, no podemos dejar atrás estas arquitecturas que han hecho mucho con muy poco; en las que la eficiencia y la eficacia era una necesidad y no una imposición externa. En general, las arquitecturas textiles vernáculas se relacionan con culturas nómadas (aunque no siempre, ej. las yurts kazajas), en las que por su continuo montaje y desmontaje, requieren un sistema flexible, ligero y fácil de transportar. Se trata de geometrías sencillas - rectangulares o circulares - con mástiles de madera, tensores a base de cuerdas y piedras que actúan como cimentación. Figura 2.2 Tiendas beduinas en las colinas de Bethany (Israel). Fuente: Arquitectura textil: transformar el espacio Por las características geográficas y climáticas de donde es típica, nos centraremos en la tienda beduina (figura 2.2). En estas estructuras destaca la importancia de la correcta disposición de los tensores y las piedras para hacer frente a los intensos vientos de estas regiones. Las tiendas se elaboran con lana de camello o cabra, tejidos tupidos y oscuros que generan densas sombras. Los laterales de la carpa pueden abrirse para que penetre la brisa o cerrarse durante tormentas de arena. Esta permeabilidad al aire es crucial en climas con elevadas temperaturas ya que un aumento en la velocidad del aire hace disminuir la sensación térmica, ampliando la zona de confort. Cualquier toldo diseñado debería permitir esta circulación de aire. 18

19 Arquitectura textil para eventos Bajo este epígrafe hemos querido agrupar aquellas arquitecturas creadas para dar servicio a la celebración de un determinado evento o acto social; es decir, arquitecturas con vocación efímera (para Exposiciones Universales, por ejemplo) o aquellas que se montan y desmontan en función de la necesidad (circos, pabellones temporales de exposición, protecciones solares...). Esta es una de las aplicaciones que ha resultado más prolija y que más han hecho avanzar la técnica y la materialidad aplicable a la arquitectura textil en los últimos tiempos. Aunque alguno de los ejemplos recogidos se caractericen por una complejidad técnica notablemente mayor que las técnicas low-cost en las que se inspira esta tesina, nos parece interesante incluirlos para recalcar dos aspectos filosóficos que ambas aproximaciones comparten: la temporalidad y la flexibilidad. Figura 2.3 Cubiertas del estadio de tenis Rothenbaum en Hamburgo. Fuente: Revista Tectónica 36 Hemos escogido como ejemplo de flexibilidad la cubierta del Estadio de tenis Rothenbaum en Hamburgo (figura 2.3) de ASP Schwenger, Sobek + Rieger (1999). Se trata de una estructura dividida en dos partes, una cubrición fija sobre el graderío que se complementa con una parte central móvil que se despliega desde el centro hacia el exterior según el uso previsto. Como ejemplo de temporalidad hemos escogido la cubierta del patio norte de la Universidad de Melbourne (figura 2.4). Rodeada de edificios con carácter permanente, esta construcción efímera se ha levantado para dar cabida a ciertos actos temporales y reuniones informales. Puede desmontarse y ser usada en otra ubicación. Figura 2.4 Patio norte de la Universidad de Melbourne. Fuente: Arquitectura textil: transformar el espacio 19

20 Elementos urbanos generadores de sombra En este apartado hemos recogido varios ejemplos de estructuras que tratan de generar sombra en espacios públicos, como calles o plazas. Esta creación de sombra a escala urbana, añade ciertas características espaciales a las áreas preexistentes, siendo incluso capaz de generar espacios con condiciones ambientales totalmente distintas a las existentes antes de su instalación. Figura 2.5 Toldo en el baluarte de Ses Voltes en Palma de Mallorca. Fuente: Revista Tectónica 36 Un buen ejemplo de lo que se plantea desde esta tesina podría ser la cubierta tensostática instalada en el Baluarte de ses Voltes en Palma de Mallorca (figura 2.5), diseñada por E. Torres y J.A. Martínez Lapeña en el Está compuesta por una estructura de red de cables y malla textil. Al estar fragmentado en múltiples piezas espaciadas entre sí, permite disminuir la resistencia al viento del dispositivo, simplificando el cableado y los anclajes. Se trata de un buen ejemplo de empleo de la cantidad justa de arquitectura. Otro ejemplo clásico de acondicionamiento de espacio exterior sería el Palenque de la Expo 92 de Sevilla (figura 2.6) diseñado por J.M. de Prada Poole. En él vemos cómo estas arquitecturas, aún estando abiertas, permiten generar unas condiciones ambientales totalmente diferentes a las exteriores. Durante el día de más caluroso de la Expo, gracias a la protección de la radiación y la evapotranspiración del agua pulverizada, el Palenque registró una temperatura 14ºC inferior a los 45ºC medidos en el exterior. En definitiva, aunque las posibles materializaciones del toldo son infinitas, dado el carácter extensivo que propone est e trabajo, apostamos por diseños low-cost, muy fragmentados, con tejidos poco tecnológicos y de fácil montaje - desmontaje (anclajes fijados a los edificios). Figura 2.6 Palenque de la Expo 92 de Sevilla. Fuente: Internet 20

21 Escalaridad de las protecciones solares En climas cálidos, tanto húmedos como secos, es común encontrar elementos de protección solar en ciertas plazas o calles, tales como toldos, pérgolas o cañizos, con una larga tradición histórica. Se emplean en general para mejorar del grado de confort experimentado por lo usuarios y por ello, suelen aparecer en zonas de ocio y sobre todo, comerciales (figuras 2.7, 2.8, 2.9 y 2.10). Figura 2.7 Zoco en Marrakech. Fuente: Elaboración propia Nos referimos fundamentalmente al hecho de que la sombra generada por estos elementos, modifica las condiciones ambientales que rodean al edificio, generando un nuevo microclima que será con el que a partir de ahora intercambiarán energía los espacios interiores. La calle ahora constituye un entorno radiante diferente, en el que las superficies protegidas del sol, no se calientan tanto y por tanto reemiten menos energía, además de generar menos reflexiones de la radiación Estos dispositivos confieren a los espacios en los que se emplean, unas a condiciones ambientales menos extremas que las existentes en calles más expuestas a la radiación. La sombra generada, evita el deterioro de los productos a la venta, hace más agradable el paseo e invitan a la compra. Sin duda, esta motivación mercantil es la que principalmente promueve su instalación, pero en la mayoría de las ocasiones no se están valorando otros beneficios que pueden obtenerse de forma colateral. Figura 2.8 Calle comercial Nakamise-dōri, Japón. Fuente: Internet solar. Como consecuencia, se produce una disminución de la temperatura operativa del entorno (la temperatura del aire desciende levemente, mientras que la temperatura radiante lo hace de manera considerable). De esta manera, el edificio intercambia con un ambiente exterior más fresco (menor temperatura del aire, menor temperatura radiante), lo que permite que las temperaturas interiores estén más próximas al confort sin emplear ningún tipo de sistema activo, o que éste necesite menor cantidad de energía para alcanzar dicha situación de confort. A pesar de todo, estos dispositivos no se valoran mucho más allá del incremento de ventas que pueda suponer su instalación para los comerciantes. La repercusión que tiene la 21

22 presencia de este tipo de protecciones solares sobre el consumo energético individual de los edificios no se evalúa, en parte, porque hasta ahora el ahorro energético era un tema secundario; en parte, por su mayor dificultad de cálculo y/o simulación. Por este motivo, este tipo de actuaciones no se plantean como una posible estrategia a escala urbana de eficiencia energética a la hora de planificar la ciudad, y mucho menos en zonas cuyo uso principal sea el residencial, en las que la protección solar no difícilmente supera la escala de hueco. En este trabajo, estudiaremos el potencial del toldo a este respecto. Figura 2.9 Toldo de verano en C/ Concepción de Córdoba. Fuente: Periódico Córdoba Figura 2.10 Toldo de verano en la C/ Larios de Málaga. Fuente: Periódico MálagaHoy 2.2. Estado de la cuestión Influencia del contexto urbano sobre el microclima La influencia del contexto urbano sobre el microclima es un tema tratado ampliamente. Encontrarnos en un entorno urbano o rural tiene una gran influencia sobre el balance energético global, puesto que altera la forma en que se producen los intercambios de energía, ya sea por conducción, convección o radiación (fig.2.11). F.Sánchez de la Flor y S.Álvarez [6] resumieron los efectos que el entorno urbano puede generar sobre el microclima en la situación de verano. -- COMPLEJIDAD + COMPLEJIDAD + Protección solar urbana ambiente rural ambiente urbano ambiente urbano modificado radiación solar directa radiación onda-larga (re-emisión) flujos por conducción vientos / convección Figura 2.11 : Esquema sobre los intercambios energéticos en ambiente rural vs ambiente urbano. Fuente: Elaboracion Propia 22

23 El primero sería la modificación del balance de radiación, que responde principalmente a una menor captación por la sombra de otros edificios (con aumentos puntuales por reflexión de las construcciones vecinas), una reducción de las pérdidas por radiación de onda larga hacia el cielo y un aumento de las ganancias de onda larga por reemisión de superficies calientes adyacentes. El segundo, muy relacionado con el anterior, sería la mayor temperatura del aire que se alcanza en zonas densamente edificadas frente a las áreas abiertas, fenómeno conocido como isla de calor. En los estudios de Oke [7] se señalan como causas, además de la modificación del balance radiación, otras causas como la presencia de fuentes de calor antropogénicas (tráfico, refrigeración, calefacción), la reducción del potencial evapotranspiración (menores superficies vegetales o de agua) y la reducción de las pérdidas de calor por convección debido a una menor velocidad del viento, que sería el tercer efecto reseñable. Finalmente comentan el efecto positivo que pueden tener para la situación de verano la existencia de láminas de agua y/o vegetación, generando enfriamiento evaporativo del aire y absorbiendo parte de la radiación Efecto del microclima sobre el consumo Mientras que la relación entre urbanización y microclima se viene estudiando desde hace tiempo, la investigación sobre su influencia en el comportamiento de los edificios es mucho más reciente. Estudios publicados recientemente muestran que la modificación de las condiciones microclimáticas que rodean a los edificios afecta de manera directa a su consumo energético, fundamentalmente, de climatización e iluminación. De todos ellos se desprende la importancia que adquieren los fenómenos de radiación -recibida y/o re-emitida-. Este hecho genera diversas aproximaciones a la temática según la latitud de procedencia de dichos trabajos (fig. 2.12). Figura 2.12 Cartas solares estereográficas de zonas nombradas. Latitud, elevación solar y horas de sol Fuente: Elaboracion Propia Stromann y Sattrup [8] estudian la relación entre densidad urbana y energía consumida en los edificios en el caso de espacios de oficina en Copenhague. Para estas latitudes, con acceso limitado a la energía solar, el consumo general de la vivienda crece cuando aumenta la densidad para cualquier orientación, ya que aumenta el consumo de los dos 23

24 factores más determinantes en su caso: iluminación y calefacción. Hablan también de la disminución en demanda de refrigeración con el aumento de la densidad por el mayor sombreamiento, aunque se trata de factor poco determinante en cuanto al consumo global de la edificación. Allegrini, Dorer y Carmeliet [9] estudiaron la influencia del microclima urbano en la demanda de climatización en Basilea, considerando como mecanismos más determinantes el intercambio de radiación con los edificios del entorno, el efecto isla de calor y la disminución de las pérdidas por convección debido a la disminución del viento. Concluyen que la demanda de refrigeración en edificios ubicados en un contexto urbano es siempre mayor que para aquellos aislados, pero que disminuye cuanto más denso sea el tejido urbano. Recalcan nuevamente la modificación de los fenómenos de radiación como elemento determinante y el papel fundamental que juega la proporción de la calle. Ya en latitudes similares a la de estudio, donde la elevación solar es mayor, autores como F.Sánchez de la Flor y S.Álvarez [6] trabajan sobre el modelado del microclima urbano y su influencia en el comportamiento de los edificios, destacando el potencial de ahorro en refrigeración reduciendo la radiación solar incidente. Estos investigadores participaron en el acondicionamiento de los espacios exteriores de la Expo-92 de Sevilla, empleando protecciones solares,vegetación y torres evaporativas para el acondicionamiento de espacios abiertos (fig. 2.13). Por su parte, Takebayashi y Moriyama en Osaka [10], centran su investigación en la relación entre las proporciones de las calles y su entorno radiante como introducción al estudio de medidas adecuadas de mitigación de la isla de calor, un fenómeno que repercute en gran medida sobre el consumo de refrigeración en las ciudades. Figura 2.13 Acondicionamiento ambiental urbano en Avda. Europa, Sevilla (Expo92). Fuente: Internet 24

25 Situación actual de la simulación energética La actual preocupación por temas energéticos y de eficiencia, ha llevado al desarrollo de numerosos programas de simulación energética. De manera general podemos distinguir dos tipos: - Simuladores energéticos de edificios (Building Energy Simulation tools - BES). Hoy en día se pueden emplear un gran número de herramientas para intentar evaluar el comportamiento energético del edificio y la demanda teórica de energía que se deriva del mismo. Crawley, Hand y Griffith [11] compararon las características particulares de los 20 principales BES del mercado; entre otros destacan: BLAST, BSim, DeST, DOE-2.1E, Ener-Win, Energy Express, Energy- Plus, TRNSYS, ECOTECT... En general, estos programas consideran el edificio como un sistema cerrado que intercambia energía con un entorno cuyas características se fijan a partir de unas bases de datos predeterminadas según la ubicación geográfica. Dichas bases de datos acostumbran a nutrirse de la información de las localidades más cercanas de las que se dispongan datos meteorológicos, sin apenas realizar correcciones, por lo que las desviaciones entre simulación y realidad pueden ser notables. Bozonnet [12] demostró que el consumo de energía del edificio contabilizado en situación de verano podría variar en más de un 30%, si se toma la temperatura del aire exterior de referencia dentro de la propia calle o de la estación meteorológica. - Simuladores de microclima. A diferencia el anterior grupo, las herramientas que se dedican a simular el microclima urbano son mucho más escasas (ej. ENVImet) y se orientan principalmente a definir las propias condiciones ambientales del espacio urbano y no que a evaluar su repercusión en el consumo de los edificios. A pesar de la complejidad del asunto, a la vista de lo explicado anteriormente, resulta necesario un proceso de acoplamiento entre ambos tipos de herramientas. En 2011 Bouyer [13] recalcó que ninguna herramienta está dedicada a la evaluación directa del microclima sobre el consumo de energía del edificio y a día de hoy la situación no ha cambiado. Actualmente se están realizando trabajos en esta dirección, pero se trata de investigaciones sobre aspectos concretos de interacción entre microclima y el comportamiento del edificio, faltando aún una visión más global. Un ejemplo de ello sería el trabajo de Yang [14] sobre la influencia del microclima en las temperaturas de las superficies, un estudio que podría relacionarse con su repercusión sobre el consumo de los edificios. 25

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27 CAPÍTULO III METODOLOGÍA 3.1 Esquema metodológico 3.2 Condiciones de simulación Descripción del ambito geográfico-climático del trabajo Simulador empleado y limitaciones Parámetros introducidos en el simulador 27

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29 3. METODOLOGÍA 3.1 Esquema metodológico La presente investigación seguirá el proceso que se describe en el esquema de la figura 3.4, estructurándose en dos fases cuyas características se detallan a continuación. En la primera se realiza un análisis teórico sobre la efectividad del toldo en función de las variables de estudio. En la segunda, se describirá la metología de implantación a escala urbana del toldo, mostrando un ejemplo de caso. Fase 1. Análisis de la efectividad del toldo en función de las variables de estudio Definición del cañon urbano (modelo topológico) En primer lugar, definiremos un cañon urbano como el que se indica en la figura 3.1. Tendrá una longitud de 100m y estará compuesto por dos bandas (casas en hilera) de profundidad 5m. En el centro de dichas bandas se ubican los edificios de control, con una anchura de 10m y una altura de 9m (tres plantas), en todos los casos. Esta estabilidad dimensional del edificios de control resulta importante para que el intercambio de calor por conducción a través de la envolvente sea igual en todos los casos y no distorsione las simulaciones. Por este motivo, aunque se parta de un análisis previo del tejido urbano de Córdoba, no se representan las calles reales, sino únicamente su proporción ancho-alto (W/H). Dichas calles estarán cerradas en sus extremos para simular los efectos de una calle perpendicular a la de estudio, situación urbana típica. Los edificios de control permitirán intercambio ESQUEMA DE PLANTA 10 m 5 m H = 9 m 5m 5m W 45 m 10 m 45 m 100 m W = variable SECCIÓN 3D ESQUEMÁTICA H = 9 m adiabático 5 m 10 m TIPO DE CERRAMIENTO no adiabático Figura 3.1 Esquema del modelo topológico. Fuente: elaboración propia de energía únicamente por sus cerramientos de cubierta, forjado en contacto con en terreno y la fachada a la calle de estudio, considerando el resto adiabáticos. Definición de variables espaciales y matriz de casos Se creará una matriz de casos, combinando las variables espaciales escogidas: - Proporción ancho / alto de la calle: W/H= 0.4 / 0.7 / 1 - Orientación de las fachadas de la calle: NS / EO / NO-SE (o simétrica) - % Ventana en fachada: 15% / 30% 29

30 Estos 18 casos que componen la matriz de estudio, se simularán con el programa informático DesignBuilder para determinar el consumo en refrigeración estimado durante la semana de estudio, teniendo en cuenta dos situaciones: sin toldo / con toldo (obstrucción del 80%). Se realizará un análisis comparativo de los resultados, determinando la efectividad del toldo según la disminución de la demanda que permitan, tanto en valor absoluto (kwh/semana) como porcentual (%). 3 PROP. CALLE W/H 3 ORIENTACIONES 0.4 N-S E-O NO-SE % 15% 3 X 3 X 2 = 18 2 % VENTANA Figura 3.2 Matriz básica de casos a partir de variables espaciales. Fuente: elaboración propia Definición de variables materiales y modificación de la matriz de casos. A continuación, a esta matriz de casos se le modificarán tres caraterísticas materiales, para comprobar su inflencia sobre la efectividad del toldo: - % obstrucción del toldo: del 80% al 50% (atravesaría el toldo inicialmente el 20% de la radiación incidente y en la situación modificada sólo el 50%) - masa del cerramiento: muros de 820 Kg/m 2 a 190 Kg/m 2 (aprox. un cuarto de la masa del modelo inicial). - Transmitancia U del cerramiento: un tercio de la transmitancia de, es decir, tres veces más aislado. MASA CERRAMIENTO M M/4 % TOLDO 80% 50% U CERRAMIENTO U U/3 Figura 3.3 Matriz modificada de casos a partir de var. materiales. Fuente: elaboración propia Una vez simulada la matriz de casos con estas modificaciones en DesignBuilder se compararán las demandas obtenidas en la situación sin y con toldo, evaluando las variaciones en cuanto a efectividad del mismo. Las conclusiones extraidas de la evaluación de las variables espaciales y materiales, podrían extrapolarse a otras ubicaciones con climas y latitudes similars en situación de verano, y servirán de base para la fase 2 del trabajo. Fase 2. Metodología de implantación del toldo a escala urbana Partiendo de las conclusiones generadas en la fase previa, metodología de análisis urbano para la implantación del toldo como medida de disminución de la demanda de refrigeración a escala urbana. Esta metodología se aplicará de manera simplifida en Córdoba a modo de ejemplo, partiendo de un modelo morfológico simplificado de la ciudad. Se generará un posible plano de actuación en el que se marcarán aquellas calles en las que, por su configuración, sería posible instalar este tipo de protecciones solares. 30

31 FASE 1 ANÁLISIS DE LA EFECTIVIDAD DEL TOLDO EN FUNCIÓN DE LAS VARIABLES DE ESTUDIO VARIABLES ESPACIALES ORIENTACIÓN VARIABLES MATERIALES % TOLDO 80% 50% N-S E-O NO-SE caso base % 15% PROP. CALLE W/H % VENTANA MASA CERRAMIENTO M M/4 U CERRAMIENTO U U/3 SIMULACIÓN DesignBuilder SIMULACIÓN DesignBuilder SIN TOLDO CON TOLDO SIN TOLDO CON TOLDO COMPARACIÓN Demanda Refrig. COMPARACIÓN Demanda Refrig. CONCLUSIONES TEÓRICAS EFECTIVIDAD (% y kwh/sem) FASE 2 METODOLOGÍA DE IMPLANTACIÓN DEL TOLDO A ESCALA URBANA PLANIFICACIÓN URBANA ESTRATÉGICA FILTRO 1 VIABILIDAD FILTRO 2 EFECTIVIDAD MAPEADO DE LA CIUDAD: Barrio Ciudad Jardín Figura 3.4 Esquema metodológico de la investigación. Fuente: elaboración propia 31

32 3.2 Condiciones de simulación Descripción del ambito geográfico-climático del trabajo El ámbito geográfico para esta tesina se centrará en Córdoba (España). La ciudad, se localiza en Andalucía (comunidad autónoma más meridional de la España peninsular), a una latitud de 37º 53 N, similar a ciudades como Atenas, Tokio, Seoul o San Francisco. 4º 46 O Longitud 37 o 53 N Latitud 120 msnm Altitud Figura 3.5 Ubicación de Córdoba dentro de España. Fuente: Elaboración Propia Se trata de una ciudad de tamaño medio, cuyo núcleo urbano principal se sitúa en los márgenes del río Guadalquivir, que la atraviesa de este a oeste. Limita por el norte con Sierra Morena y por el sur con una extensa campiña. Superficie: 1 255,24 km² Población: hab Densidad: 53 hab./ha Clima: Medit.Continentalizado Córdoba 2km Bosque Mediterráneo + Dehesa con pendiente media (SªMorena) Vega de Cultivo Suaves Colinas Rio Guadalquivir Tejido Urbano Continuo Tejido Urbano Disperso Figura 3.6 Plano esquemático de la ciudad de Córdoba y su entorno geográfico. Fuente: Elaboración Propia Historia urbana de Córdoba Aunque ya había asentamientos previos, la ciudad de Córdoba no cobra importancia hasta época romana. En época árabe, la urbe alcanza su máximo apogeo, convirtiéndose en capital del Califato Omeya de Occidente. En el siglo X, contaba con una población cercana al millón de habitantes. Fruto de este pasado histórico, el casco antiguo ocupa una gran proporción de la actual ciudad consolidada. En 1900 la ciudad contaba con unos habitantes, creciendo hasta los ac- Figura 3.7 Plano de Córdoba de Rebollo-Vicenta

33 tuales. Como en la mayoría de las ciudades españolas, se produjo una gran expansión urbana a partir de los años 60. En la figura 3.8 representamos de manera esquemática las etapas de crecimiento de la ciudad. Figura 3.8 Planos esquemático de la evolución urbana de Córdoba. Fuente: Elaboración Propia en base a planos históricos e información catastral. Límite urbano Casco histórico Desarrollos urbanos <1962 Desarrollos urbanos >1962 Km Figura Mapa mundial de clasificación climática Köppen. Fuente: Universidad de Melbourne 33 5

34 Características climáticas de la ciudad Córdoba tiene un clima mediterráneo continentalizado de inviernos suaves y veranos muy calurosos y con importantes oscilaciones térmicas diarias. La media de julio y agosto es de 28 C pero las temperaturas máximas que todos los años superan los 40 C durante numerosos días. Como es típico de los climas mediterráneos, Córdoba presenta una fuerte sequía estival. Según la Clasificación climática de Köppen, el clima de la ciudad se definiría como Csa (figura 3.9). Figura 3.10 Medias de T a y %humedad relativa. Fuente: Datos de Estación Meteorológica Figura 3.11 Precipitaciones mensuales (mm). Fuente: Datos de Estación Meteorológica TA (oc) H media 62% T media 17.6º H DAD RELATIVA % Promedio anual 536 mm 0.0 ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC MÁXIMAS MEDIA MINIMAS HR ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC Esta distribución de temperaturas durante la época estival hace necesaria la adopción de medidas pasivas y, en muchos casos, también activas, para lograr el confort. En el Diagrama de Givoni (figura 3.12), observamos la importancia que tienen las protecciones solares durante varios meses al año con vistas a reducir el aporte energético que supone la radiación, ya sea directa o difusa. En las figuras 3.13 e 3.14, recogemos valores teóricos y de medición de radiación en Córdoba, con los que podemos hacernos una idea de la cantidad de energía implicada en los procesos de radiación. Figura 3.12 Diagrama Psicrométrico de Givoni con información climática de Córdoba. Fuente: Elab. Propia ZONAS DE CONFORT CI: zona de confort invierno CV: zona de confort verano CORRECCIÓN CON ARQUITECTURA IV: control con inercia en verano II: control con inercia en invierno V: control con ventilación E: control con refrig. evaporativa + + SP: captación solar pasiva P: protección solar V 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% CI CV IV 20% ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC TH O C TS O C 5 SP II E % 34

35 Figura 3.13 Radiación media diaria (kwh/m 2 dia). Fuente: Datos de Estación Meteorológica Figura 3.14 Radiación teórica (kwh/m 2 dia). Fuente: Heliodón SOLSTICIOS verano (21 Jun): 1.1 kwh/m 2 dia Sur invierno (21 Dic): 3.1 kwh/m 2 dia EQUINOCCIOS primav. (21 Mar): 3.5 kwh/m 2 dia Sur otoño (21 Sep) : 3.5 kwh/m 2 dia Este x 2.5 Norte x 0.5 Este x 0.2 Norte x 0 Este x 0.5 Norte x ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC SUR SUR SE / SO SE / SO E / O E / O NORTE NORTE HORIZONTAL MESES EXTREMOS más caluroso (Jul): 1.4 kwh/m 2 dia Sur más frio (Ene): 3.4 kwh/m 2 dia Este x 1.9 Norte x 0.2 Este x 0.2 Norte x 0 24 JULIO 25JULIO 26 JULIO 27 JULIO 28 JULIO 29 JULIO 30 JULIO Horas con Tª > 25 º Max. valor de la serie 24 JULIO 25JULIO 26 JULIO 27 JULIO 28 JULIO 29 JULIO 30 JULIO Max. valor de la serie 24 JULIO 25JULIO 26 JULIO 27 JULIO 28 JULIO 29 JULIO 30 JULIO D D D D D D Desfase entre max. Figura 3.15 Gráficas de Temperatura del Aire y Radiación Horizontal del Julio de Fuente: Elaboración propia a partir de la base de datos SWEC. 35

36 Datos meteorológicos del periodo de referencia La figura 3.15 recoge los datos de Radiación Horizontal y Temperatura del Aire (Tª Exterior de Bulbo seco) de la semana de estudio (24-30 de Julio de 2002), extraídos de la base de datos SWEC que emplea el programa DesignBuilder. En cuanto a las temperaturas consideradas, hay que resaltar el hecho de que durante el 61% de las horas analizadas, la temperatura exterior está por encima de los 25ºC. Los máximos suelen producirse en torno a las 16:00 con un valor medio de 39.0ºC, mientras que los mínimos se registran entre las 6:00 y las 7:00 de la mañana, con un valor medio de 20.4ºC. La media del periodo de estudio es de 28.8ºC. En los datos de radiación horizontal podemos deducir que los primeros cinco días estuvieron prácticamente despejados a excepción de una leve bruma matinal (distribución prácticamente simétrica de la radiación E-O, ligeramente inferior durante la mañana) durante los cinco primeros días, mientras que en los dos últimos se produjo cierta nubosidad en las horas centrales del día (irregularidades entre las 10:00 y las 16:00). En días despejados vemos cómo existe un desfase D constante entre los máximos de temperatura y radiación horizontal de unas dos horas aproximadamente Simulador empleado y limitaciones El programa informático empleado para simular será DesignBuilder. Emplea como motor de cálculo para la simulación energética Energyplus, reconocido a nivel mundial, y en continuo desarrollo por el Departamento de Energía de EEUU. Con Energyplus a través de la interfaz de DesignBuilder, calcularemos: - Cargas de refrigeración - Demanda de refrigeración - Condiciones ambientales interiores - Condiciones de confort (índices de confort, T a operativa o % de horas a una T) - Balance Térmico (ganancias solares, ocupación, iluminación, pérdidas en ventilación, transmisión de cerramientos) - Ventilación (ren./hora) A continuacion recogemos algunas características de cálculo del programa que debemos tener en cuenta a la hora de interpretar los resultados obtenidos. En relación al modelado y cálculo del toldo El toldo se moldeará como una superficie que atenua la energía que llega al edificio, definiendo un programa de transmitancia (ver apartado 3.2.3). En en manual se recoge la siguiente información: Al calcular la transmitancia de las superficies de sombreado se asume los siguiente: 36

37 - La transmitancia es la misma para la radiación directa y difusa. - La transmitancia para la radiación directa es independiente del ángulo de incidencia sobre la superficie. - La radiación directa incidente sobre una superficie de sombreado no cambia su dirección, esto es, no hay un componente directa-a-difusa. - Se ignoran las inter-reflexiones entre las superficies de sombreado y entre estas y el edificio. - Los dispositivos de sombreado se consideran opacos a la radiación de onda larga, sin importar el valor de transmitancia solar. En relación al cálculo del intercambio por transmisión DesignBuilder emplea como Tª exteriores las recogidas en la base SWEC. Corresponden a mediciones del año 2002 de la Estación Meteorológica del Aeropuerto de Córdoba, localizada a las afueras de la ciudad, en una zona de campiña próxima a campos de regadío. Es habitual que los máximos de temperatura registrados en el centro de la ciudad superan entre 2ºC y 4ºC los valores medidos en la estación meteorológica, aunque por falta de datos, el cálculo se ha basado en el archivo SWEC. Además, DesignBuilder no considera modificación en la temperatura del aire introducida por el toldo. Es decir, sólo tiene en cuenta el efecto del toldo en términos de radiación. 7km Córdoba Figura 3.16 Distancia Est. Meteorológica-Ciudad. Fuente: Elaboración Propia Parámetros introducidos en el simulador En este apartado resumiremos los parámetros introducidos para el cálculo en DesignBuilder, siguendo la misma estructura del programa (ver anexos para más información). CERRAMIENTOS MUROS CASO BASE U = 2.51 W/m 2 k M = 822 kg/m 2 Color : Blanco (Construcción pesada: 40cm mampostería) CASO MASA MODIFICADA U = 2.51 W/m 2 k M = 190 kg/m 2 Color : Blanco (Construcción más ligera: fábrica de ladrillo) CASO TRANSMITANCIA MODIFICADA U = W/m 2 k M = 822 kg/m 2 Color : Blanco (Construcción pesada aislada: mamposteria + EPS 5cm) CUBIERTA CASO BASE U = 1.84 W/m 2 k M = 581 kg/m 2 (Cubierta plana: FU + baldosa cerámica) CASO TRANSMITANCIA MODIFICADA U = 0.61 W/m 2 k M = 581 kg/m 2 (Cubierta plana: FU + EPS 4cm + baldosa cerámica SOLERA CASO BASE U = 2.46 W/m 2 k M = 614 kg/m 2 (Solera de 15cm de hormigón) CASO TRANSMITANCIA MODIFICADA U = 0.82 W/m 2 k M = 614 kg/m 2 (Solera de 15cm de hormigón+ EPS 4cm) ESTANQUEIDAD 0.5 ren/h 37

38 ACTIVIDAD PLANTILLA DE ACTIVIDAD Plantilla de actividad residencia con características extraidas del documento Condiciones de aceptación de procedimientos alternativos a Lider y Calener. Anexos publicado por el Gobierno de España (IDAE). OCUPACIÓN densidad=0.04 personas/m 2 programación = laboral L-V (100% ocupación de 23-7h, 25% de 7-15h y 50% 15-23h) + festivo S-D (100% ocupación todo el día) otras ganancias: miscelánea = 4 W/m 2 con una programación al 5% de 0-7h, al 75% de 7-19h y al 100%19-0h) METABOLISMO tasa metabólica=100 W/persona, factor metabólico =0.88 DÍAS FESTIVOS no se consideran CONTROL AMBIENTAL Tª de consigna de Refrigeración = 25 ºC + Tª de retroceso = 25ºC Enfriamiento con ventilación natural = 0ºC y deltac = -50 (control de ventilación natural por usuario y no por Tª) Aire fresco: 10l/persona + Mech vent = 0 l/sm 2 ABERTURAS VENTANAS EXTERIORES CASO BASE U = 5.7 W/m 2 k Vidrio monolítico 4mm Transmisión solar directa = 0.82 Transmisión de luz = 0.89 CASO TRANSMITANCIA MODIFICADA U = 1.98 W/m 2 k Vidrio doble mm Transmisión solar directa = 0.62 Transmisión de luz = 0.74 Altura de ventana = 1,20 + Altura de alféizar = 0.8 Relación ventana - muro: 30% o 15% según caso Reborde: 0.20m en alfeizar y al interior Marcos y divisores: painted wooden window frame con parteluz HVAC PLANTILLA: Split no fresh air ( de la base de datos propia de DesignBuilder) REFRIGERACIÓN Comustible: electricidad, COP=1.83, Pérdidas por distribución = 5% Programación: encendido de 9-2h + apagado de 2-9h. VENTILACIÓN NATURAL Programación: encendido 2-9h + apagado de 9-2h. 38

39 BLOQUE DE COMPONENTE DEL TOLDO ADYACENCIA Estándar SOMBRAS Y REFLEXIONES Activada TRANSMITANCIA CASO BASE Transmitancia máxima 0.2 (Toldo al 80%) Programa de transmitancia: desplegado 8-20h recogido 20-8h CASO % TOLDO MODIF. Transmitancia máxima 0.5 (Toldo al 50%) Programa de transmitancia: desplegado 8-20h recogido 20-8h MATERIAL Tela de color gris claro Absortancia térmica = 0.5 Absortancia solar = 0.5 Absortancia visible =

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41 CAPÍTULO IV ANÁLISIS DE LAS SIMULACIONES Y DISCUSIÓN 4.1 Análisis de las variables espaciales Efectividad del toldo en función de la orientación de fachadas Efectividad del toldo en función de la proporción de calle Efectividad del toldo en función del % ventana 4.2 Análisis de las variables materiales Efectividad del toldo en función de la %obstrucción del toldo Efectividad del toldo en función de masa del cerramiento Efectividad del toldo en función de la transmitancia 4.3 Importancia relativa de las variables estudiadas 4.4 Metodología de implantación del toldo a escala urbana Estrategia de implantación: filtros urbanos Estudio de caso: Mapeado del barrio Ciudad Jardín de Córdoba 41

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43 4. ANÁLISIS DE LAS SIMULACIONES Y DISCUSIÓN Antes de comenzar con la discusión de las simulaciones, comentaremos algunos aspectos a tener en cuenta en relación a forma en la que se ha simulado y se han tratado los valores obtenidos (figura 4). Se ha simulado la demanda de refrigeración del edificio de control en la situación con toldo y sin toldo para las orientaciones N, S, E, SE, NO. Las orientaciones O, SO y NE se han considerado iguales a sus simétricas respecto al eje N-S. Por motivos meteorológicos (brumas), existen leves diferencias entre dichos valores, pero se han despreciado. ORIENTACIONES SIMULADAS A partir de estos puntos simulados y sus simétricos, se ha dibujado por interpolación, las demandas de las orientaciones intermedias, hasta construir gráficas de polares que dan idea de las demandas para todas las orientaciones de fachada. El procedimiento ha sido el mismo tanto para las demandas sin toldo (demandas iniciales) como para las con toldo (demandas finales). Los tonos empleados para representar demandas son gamas de morado para el caso base y de azul para las variantes. ORIENTACIONES SIMÉTRICAS ORIENTACIONES INTERPOLADAS Con las demandas sin toldo y con toldo simuladas, se obtenido la disminución de demanda que posibilita el toldo, tanto en valor absoluto (kwh/semana) como en porcentaje (%), magnitudes que se han tomado como referencia para discutir la efectividad del toldo urbano. De la misma manera, se han interpolado los valores intermedios no simulados para generar los gráficos polares. Los tonos empleados para representar disminución de demandas, son gamas de amarillo para el caso base y de verde para las variantes. 43 EFECTIVIDAD DEL TOLDO Figura 4 Proceso de obtención de gráficas

44 4.1 Análisis de las variables espaciales Efectividad del toldo en función de la orientación de la calle Para explicar el comportamiento del toldo en función de la orientación hemos representado únicamente el caso base, proporción de calle 1 y 30% de ventana, ya que para otras proporciones y %, la orientación influye de un modo similar (ver anexos). Interpretaremos los datos tanto por orientaciones individuales (N,S,E,O,SE...) como de calle (N-S, E-O, NO-SE/NE-SO). Analizando individualmente las demandas iniciales (figura 4.2) observamos que la orientación con mayor demanda es la SE / SO (442 kwh/sem.). Sin embargo, realizando un análisis a nivel global de calle, la orientación de fachadas con mayor demanda pasa a ser la E-O (856 kwh/sem). Esto ocurre ya que las calles con orientaciones SE / SO en uno de sus lados, tienen una edificación orientada a NO / NE en el otro, en las que la demanda incial es sensiblemente menor, lo que hace que las orientaciones E-O, con demandas simétricas, aunque ligeramente menores a las SE / SO, acaben siendo mayores en términos globales. En la figura 4.3, percibimos que el principal efecto del toldo es una notable disminución de la demanda inicial, obteniéndose valores muy similares para todas las orientaciones (distribución casi circular). Es decir, de existir un toldo de las características planteadas, la orientación de la calle apenas influiría. Comparando la demanda con toldo mínima, (N, 230 kwh/sem.) con la máxima (SE / SO, 264 kwh/sem.), sólo existiría un 14% de diferencia, mientras que inicialmente era de 57%. De la figura 4.4 se desprende que las orientaciones con mayor demanda inicial son aquellas en las que el toldo permite una reducción mayor de la misma, tanto en valores absolutos como porcentuales. De nuevo observamos que las calles en las que el toldo resultaría más efectivo, serían aquellas cuyas fachadas se orientan E-O (-38.8 % de la demanda), seguidas muy de cerca por las SE-NO / SO-NE (-35.8%, pero distribución asimétrica) aunque a gran distancia de las N-S (-25% igualmente asimétrica). 30 VENTANA % ORIENTACIÓN PROPORCIÓN W / H N-S % -49% -52% E % -11% -14% SE-NO / SO-NE Figura 4.1 Disminución de la demanda gracias al toldo según orientación de la calle (kwh/semana). Fuente: elaboración propia 44

45 Figura 4.2 DEMANDA SIN / CON TOLDO kwh/sem TODAS LAS ORIENTACIONES 30% VENTANA PROPORCIÓN CALLE W/H =1 DEMANDA kwh/sem. sin toldo con toldo Figura 4.3 DISMINUCIÓN DEMANDA kwh/sem TODAS LAS ORIENTACIONES 30% VENTANA PROPORCIÓN CALLE W/H =1 DISMINUCIÓN DE DEMANDA kwh / sem. Figura 4.4 % DISMINUCIÓN DEMANDA TODAS LAS ORIENTACIONES 30% VENTANA PROPORCIÓN CALLE W/H =1 % DISMINUCIÓN DE DEMANDA 45

46 Efectividad del toldo en función de la proporción de la calle En la figura 4.6, observamos la notable influencia que tienen las características del entorno sobre la demanda inicial de refrigeración (sin toldo), siendo mayor cuanto mayor es la proporción W/H de la calle y resultando máxima cuando no existe entorno frente al edificio de control. En la figura 4.6, vemos como la orientación con mayor demada en edificaciones sin entorno enfrente y hasta proporciones de aproximadamente W/H = 1.5, es la E seguida por la SE. Para proporciones inferiores, en cambio, las orientaciones con demanda máxima se invierten (más desfavorable la SE que la E). A pesar de ello, para cualquier proporción W/H, la calle con fachadas E-O siempre tienen una demanda sin toldo mayor que las NO-SE / NE-SO, por la menor demanda de las orientaciones NE y NO. Otro aspecto es hasta qué proporción W/H de calle, el entorno influye de manera considerable sobre la demanda de refrigeración. Cúando podemos considerar que nuestro edificio deja de estar en un canón urbano? La respuesta variará en función de la orientación. En la figura 4.5, reflejamos la evolución de la demanda sin toldo con líneas de tendencia estimadas, marcando la proporción W/H en que las demandas sin entorno enfrente y con él, comienzan a igualarse. Por la propia trayectoria solar, la estabilización de la demanda se produce en proporciones mayores en las fachadas E-O y SE-SO que en las S y N. NORTE E/O SUR SE/SO NE/NO tendencia estimada demanda sin entorno (kwh/sem) proporción W/H de estabilización kwh / semana Proporción W / H Figura 4.5 Estabilización de la Demanda de Refrigeración sin toldo según propoción W/H de calle (kwh/sem). Fuente: elaboración propia 46

47 Figura 4.6 DEMANDA SIN TOLDO PARA CASO BASE kwh / semana CASO BASE TODAS LAS ORIENTACIONES kwh / semana PROPORCIÓN CALLE W/H = 0.4 W/H = 0.7 W/H = 1 30% VENTANA COMPARATIVA W/H = 2 SIN ENTORNO Figura 4.7 Demanda de refrigeración sin toldo según proporción W/H (kwh/semana) y % reducción respecto al caso sin entorno. Fuente: elaboración propia kwh / semana % -30% -23% -11% -30% -20% -14% -6% -35% -28% -22% -12% -18% -15% -12% -6% -24% -19% -15% -9% PROP 0.4 PROP 0.7 PROP 1 PROP 2 % Reduc.demanda respecto al caso sin entorno Nivel de demanda sin entorno (kwh/sem) NORTE NO/NE SUR E/O SE/SO Las disminución de la proporción W/H de la calle genera una reducción de la demanda sin toldo que será mayor para orientaciones con componente E-O ( la propia E/O en primer lugar, seguida por la NO/NE y la SE/SO ), que para la N y la S. Por ello, deducimos que la variación de la proporción W/H infllurá más en las calles con fachadas E-O, seguidas por las NO-SE / NE-SO y mayor distancia de las N-S. 47

48 A continuación compararemos la influencia de la proporción W/H sobre la demanda sin toldo (demanda inicial) y con toldo (demanda final), representado en la figura 4.9. Como ya vimos en el apartado anterior, la configuración del cañon urbano, es decir, la proporción W/H de la calle, tiene una notable influencia sobre la demanda inicial de refrigeración (sin toldo). En cambio, si nos fijamos en la situación con toldo, las tres proporciones de calle presentan demandas prácticamente iguales entre sí y muy similares para todas las orientaciones (distribución casi circular). Es decir, de existir un toldo de las características planteadas, el factor de proporción de la calle sería muy poco significativo. Analizando orientaciones individuales, observamos que la efectividad del toldo varía menos en función de la proporción de calle para la orientación S, debido a que los máximos aportes solares en esta orientación se producen a horas de gran elevación solar, en las que el entorno resulta menos influyente. No ocurre así en el resto de orientaciones, en las que la menor elevación solar hace que la proximidad del lado opuesto de la calle sea mucho más decisiva. Constatamos que el toldo resulta más efectivo cuanto mayor es la demanda inicial (sin toldo), ya que actúa sobre la principal responsable de la misma: la ganancia por radiación. Para todas las proporciones de calle, la disminición de demanda en términos absolutos y porcentuales es mayor en las calles E-O, seguidas de cerca por las SE-NO / SO-NE, quedando las N-S a una distancia mucho mayor (figura 4.10). En la figura 4.8, vemos cómo las diferencias en cuanto a la capacidad del toldo para reducir la demanda en términos absolutos según proporción de la calle son considerables. Por ejemplo, si el toldo se instala en una calle con fachadas E-O y proporción W/H = 1, se estará disminuyendo la demanda (lo que podría traducise en disminución del consumo) casi del doble respecto a la misma calle con una proporción de 0.4. Figura 4.8 Disminución de la demanda gracias al toldo según proporción W/H (kwh/semana). Fuente: elaboración propia CALLE W / H 30% VENTANA ORIENTACIÓN N-S E-O SE-NO / SO-NE % -20% -17% % -48% -43%

49 Figura 4.9 COMPARATIVA DE DEMANDAS SIN / CON TOLDO SEGÚN PROPORCIÓN W / H (kwh/sem) TODAS LAS ORIENTACIONES PROPORCIÓN CALLE 30% VENTANA SIN TOLDO DEMANDA INICIAL kwh / semana CON TOLDO DEMANDA FINAL kwh/semana DEMANDA kwh/sem. W/H = 0.4 W/H = 0.7 W/H = 1 DEMANDA kwh/sem. W/H = 0.4 W/H = 0.7 W/H = 1 Figura 4.10 DISMINUCIÓN DE DEMANDA GRACIAS AL TOLDO (kwh/sem y %) DISMINUCIÓN DE DEMANDA kwh/semana % DISMINUCIÓN DE DEMANDA DISMINUCIÓN DE DEMANDA kwh/sem. % DISMINUCIÓN DE DEMANDA W/H = 0.4 W/H = 0.4 W/H = 0.7 W/H = 0.7 W/H = 1 W/H = 1 49

50 Efectividad del toldo en función del % Ventana Para explicar el comportamiento del toldo en función del %ventana hemos comparado el caso base de proporción W/H=1 y 30% de ventana, con otro en el que hemos reducido la proporción de huecos en fachada hasta un15% de ventana (figuras 4.11 y 4.12). El resto de casos ratifican esta tendencia y se incluirán en el anexo. La duplicación del % de ventana, conlleva un aumento de la demanda sin toldo dependiendo de la orientación de entre el 22-30%, debido al incremento de la captación de radiación directa por el hueco y de la ganancia por transmisión a través del vidrio (Upared= 2.5 W/m 2 ºC, Uvidrio= 5.7 W/m 2 ºC). Sin embargo, en el caso con toldo, el rango de incremento de la demanda al doblar el tamaño del hueco, es de la mitad, estando entre 11-15%. Como en ocasiones anteriores, el toldo resulta más efectivo cuanto mayor es la demanda inicial y por tanto, será más eficaz cuanto mayor sea el tamaño del hueco. Emplear un toldo en una calle con 30% de huecos en lugar de en una con 15%, disminuiría la demanda entre un 6.6% y un 8.1% más. Figura 4.11 Dem. Ref. y efectividad del toldo según %ventana (kwh/semana, kwh/sem %) Fuente: elaboración propia 30% VENTANA ORIENT. SIN TOLDO CON TOLDO N - S E - O SE - NO e kwh e % 25% 14% e kwh e % 39% 29% e kwh e % 36% 25% -22 % -30 % -28 % -11 % -15 % -14 % 15% VENTANA ORIENT. SIN TOLDO CON TOLDO N - S E - O SE - NO e kwh e % 18% 100% e kwh e % 31% 100% e kwh e % 28% 100% 50

51 Figura %VENTANA vs 15 %VENTANA TODAS LAS ORIENTACIONES TODAS LAS ORIENTACIONES PROPORCIÓN CALLE W/H =1 30% VENTANA PROPORCIÓN CALLE W/H =1 15% VENTANA DEMANDA (kwh/sem) sin toldo con toldo DEMANDA (kwh/sem) sin toldo con toldo COMPARATIVA DE EFECTIVIDAD DEL TOLDO (% y kwh/sem) 30% ventana 15% ventana 51

52 4.2 Análisis de las variables materiales Efectividad del toldo en función del % de obstrucción del toldo La figura 4.15 representa el caso base evaluado con unt toldo que obstruye el 80% de la energía incidente frente a otro que sólo obstruye el 50%. Vemos cómo una menor obstrucción del toldo conlleva una menor efectividad del dispositivo (menor disminución de demanda) ya que, al dejar pasar mayor cantidad de radiación, esta energía acaba penetrando en el edificio. Pasar de un 80 a un 50% en la opacidad energética del toldo, provoca un aumento de la demanda con toldo del 6-19%, mayor en la orientación E-O y cuanto mayor es la proporción de calle. Sin embargo, estos incrementos relativamente pequeños en la demanda final, significan una considerable reducción en cuanto a efectividad del dispositivo, aproximadamente de entre un tercio y un cuarto. Finalmente, cabe decir (figura 4.14) que conforme se reduce la opacidad del toldo, incremente la influencia de la orientación (distribución menos circular, mayor diferencia entre N-S y la E-O) y de la proporción de calle (excepto para la orientación N-S, que casi no se ve afectada). DEMANDAS (kwh/sem) CALLE W/H [ 30%ventana = 0.4 W/H = 0.4] SIN TOLDO e % TOLDO ORIEN. TOLDO AL 80% e kwh AL 50% % 503 N - S e kwh % e % 18% 13% % 550 E - O e kwh % e % 26% 17% % 543 SE - NO e kwh % e % 25% 17% DEMANDAS (kwh/sem) CALLE W/H [ 30%ventana = 0.7 W/H = 0.7] ORIEN. SIN TOLDO e % TOLDO TOLDO AL 80% e kwh AL 50% % 506 e kwh % e % 22% 17% % 596 e kwh % e % 34% 23% % 577 e kwh % e % 32% 22% DEMANDA CON TOLDO AL 80 % kwh /sem DEMANDA CON TOLDO AL 50 % kwh /sem N - S E - O SE - NO DEMANDAS (kwh/sem) CALLE [ W/H 30%ventana = 1 W/H = 1] SIN TOLDO e % TOLDO ORIEN. TOLDO AL 80% e kwh AL 50% % 508 N - S e kwh % e % 25% 20% % 625 E - O e kwh % e % 39% 27% % 593 SE - NO e kwh % e % 36% 26% Figura 4.13 Dem. Ref. y efectividad del toldo según %obstrucción (kwh/sem, kwh/sem %) Fuente: elaboración propia PROPORCIÓN PROPORCIÓN W/H = 0.4 W/H = 0.4 W/H = 0.7 W/H = 0.7 W/H = 1 W/H = 1 Figura 4.14 Comparativa de demanda final: toldo 80% vs toldo 50% (kwh/sem) 52 Fuente: elaboración propia

53 Figura 4.15 TOLDO AL 80 % VS TOLDO AL 50% DEMANDA SIN / CON TOLDO kwh / sem % EFECTIVIDAD TOLDO W/H = 0.4 sin toldo con toldo al 80% con toldo al 80% con toldo al 50% con toldo al 50% W/H = 0.7 sin toldo con toldo al 80% con toldo al 50% con toldo al 80% con toldo al 50% W/H = 1 sin toldo con toldo al 80% con toldo al 50% con toldo al 80% con toldo al 50% 53

54 Comparativa de efectividad entre toldo a escala local y a escala urbana Este apartado comparará el efecto del toldo urbano frente a uno a escala local (ver esquema adjunto). Como el toldo local únicamente protege el hueco, su efectividad es menor que la del toldo urbano, ya que este último también reduce la radiación directa incidente sobre las parte maciza así como la radiación reflejada en el entorno. 45º En la figura 4.18 vemos que la demanda final en el caso con toldo urbano es aproximadamente entre un 9% y el 13% menor que en el caso con toldo local. Aunque la diferencia pueda parecer pequeña, hay que tener en cuenta que estos porcentajes representan entre un cuarto y un tercio de disminución total de demanda. Otro hecho a tener en cuenta en cuanto al % de obstrucción del toldo, es que si lo disminuimos llegaría un punto en que las demandas finales serían iguales a las obtenidas con toldos locales, y por tanto, dejaría de tener sentido la medida ( en la figura 4.16, vemos que para % inferiores al 50% en orientaciones de fachada E-O, NO-SE Y NE-SO ya ocurre). 45º 45º Figura 4.16 Efectividad según %obstrucción del toldo urbano frente a toldo local. Fuente: elaboración propia DEMANDAS (kwh/sem) CALLE W/H [ 30%ventana = 1 W/H = 1] ORIENT. SIN 80% T. TOLDO 50% T. TOLDO URBANO VENTANA URBANO N - S e kwh e % -25% -14% -20% E - O e kwh e % -39% -29% -27% SE - NO e kwh e % -36% -25% -26% DEMANDAS (kwh/sem) sin toldo toldo local toldo urbano 50% toldo urbano 80% TOLDO URBANO BENEFICIOS SOCIALES > CONFORT URBANO MODIFICACIÓN DEL MICROCLIMA URBANO BENEFICIOS ECONÓMICOS > CONFORT EDIFICIO DISMINUCIÓN DEMANDA AHORRO Figura 4.17 Beneficios adicionales del toldo Fuente: elaboración propia Sin embargo, en este análisis comparativo no debemos obviar esos otros beneficios adicionales que genera el toldo urbano, trascendiendo de la simple reflexión sobre datos numéricos (figura 4.17). Por ejemplo, la mejora de la calidad del espacio público además de ser beneficiosa para el usuario, puede convertirse en motor de reactivación económica para la zona (nuevos usos comerciales y de servicios posibles). 54

55 Figura 4.18 TOLDO URBANO VS LOCAL TODAS LAS ORIENTACIONES PROPORCIÓN CALLE W/H =1 30% VENTANA DEMANDA SIN TOLDO / CON TOLDO URBANO VS LOCAL kwh / sem sin toldo toldo urbano toldo local COMPARATIVA DE EFECTIVIDAD DEL TOLDO (% y kwh/sem) urbano local 55

56 Efectividad del toldo en función de masa del cerramiento En la figura 4.21 se representan conjuntamente las demandas iniciales (sin toldo) y finales (con toldo) del caso base y de uno en el que se ha modificado la masa (M) del cerramiento en la siguiente proporción: Mcaso base = 4 x Mcaso modificado Esta reducción de masa, y por tanto, de la inercia del sistema, supone un aumento medio únicamente de un 4% de las demandas respecto a las del caso base. Cierto es que la masa permite una amortiguación del salto térmico día-noche del exterior y un ligero retardo, pero aún así, la Tª interior en ambos casos permanece por encima de la Tª de consigna prácticamente todo el día, por lo que el sistema de refrigeración nunca dejaría de funcionar (figura 4.20). Partamos de la base de que la inercia afecta principalmente a los intercambios por transimisión, mientras que el toldo afecta a los de radiación. Dado que el toldo es el mismo en ambos casos, la cantidad de energía que éste evita que penentre en el edificio será la misma y con ello el % de efectividad del toldo es igual en ambos casos, independientemente de la inercia. DEMANDAS (kwh/sem) CALLE W/H [ 30%ventana =0.4 W/H = 0.4] ORIENT CERR. SIN TOLDO e % e kwh CON TOLDO PESADO % N - S e %, kwh 4% 22 4% 20 LIGERO % PESADO % E - O e %, kwh 4% 24 4% 21 LIGERO % PESADO % SE - NO e %, kwh 4% 24 4% 20 LIGERO % DEMANDAS (kwh/sem) CALLE W/H [ 30%ventana =0.7 W/H = 0.7] ORIENT CERR. SIN TOLDO e % e kwh CON TOLDO PESADO -22% N-S e %, kwh 4% 22 4% 20 LIGERO % PESADO % e %, kwh 4% 28 4% 19 E - O -34% LIGERO PESADO % SE - NO e %, kwh 4% 27 4% 18 LIGERO % DEMANDAS (kwh/sem) CALLE W/H [ 30%ventana = 1 W/H = 1] ORIENT CERR. SIN TOLDO e % e kwh CON TOLDO PESADO % N - S e %, kwh 3% 21 4% 19 LIGERO % PESADO % E - O e %, kwh 4% 30 4% 18 LIGERO % PESADO % SE - NO e %, kwh 4% 28 3% 16 LIGERO % Figura 4.19 Dem. Ref. y efectividad del toldo según masa del cerramiento (kwh/sem, kwh/sem %) Fuente: elaboración propia 24 JULIO 25JULIO 26 JULIO 27 JULIO 28 JULIO 29 JULIO 30 JULIO Tª EXTERIOR CON TOLDO Tª CONST. LIGERA C Tª CONST. PESADA SIN TOLDO Tª CONST. LIGERA S Tª CONST. PESADA Tª de consigna :00 05:00 09:00 13:00 17:00 21:00 01:00 05:00 09:00 13:00 17:00 21:00 01:00 05:00 09:00 13:00 17:00 21:00 01:00 05:00 09:00 13:00 17:00 21:00 01:00 05:00 09:00 13:00 17:00 21:00 01:00 05:00 09:00 13:00 17:00 21:00 01:00 05:00 09:00 13:00 17:00 21:00 Figura 4.20 Tª interior y exterior según masa del cerramiento (ºC). Fuente: elaboración propia 56

57 Figura 4.21 CONSTRUCCIÓN PESADA VS LIGERA TODAS LAS ORIENTACIONES PROPORCIÓN CALLE W/H =1 30% VENTANA SIN TOLDO DEMANDA INICIAL kwh / semana ligera pesada CON TOLDO DEMANDA FINAL kwh/semana ligera pesada COMPARATIVA DE EFECTIVIDAD DEL TOLDO (% y kwh/sem) pesada ligera 57

58 Efectividad del toldo en función de la transmitancia del cerramiento En la figura 4.23 se representan conjuntamente las demandas iniciales (sin toldo) y finales (con toldo) del caso base y de uno en el que se ha modificado la transmitancia (U, [W/m2ºC]) de la envolvente en la siguiente proporción: Ucaso base = 3 x Ucaso modificado Los efectos del aumento del aislamiento en el edificio son muy parecidos entre las distintas proporciones de calle, por lo que sólo mostraremos la proporción W/H = 1 (ver anexos). Esta reducción de la transmitancia del cerramiento, supone una disminución de la demanda sin toldo del 22-29% respecto a las del caso base, y del 36-40% en la situación con toldo. En la figura 4.23, vemos que se trata de una disminución muy similar en todas las orientaciones (casi se dibuja una equidistancia). Al igual que el apartado anterior, hay que tener en cuenta que la modificación de la transmitancia del cerramiento afecta principalmente a los intercambios por transimisión, mientras que el toldo influye sobre los de radiación. Como el toldo es el mismo en ambos casos, la cantidad de energía que éste evita que penentre por radiación en el edificio será la misma y de ahí que su efectividad en valor absoluto apenas se vea influenciada por la variación de la transmitancia. Sin embargo, sí se aprecia un aumento de la efectividad del toldo en términos porcentua(10-11%). Esto se debe a que con un mayor aislamiento se minimizan los aportes por transmisión, mientras que los de radiación permanecen constantes, por lo que estos últimos adquieren un mayor peso proporcional en relación al total de los aportes energéticos. ORIENT N - S E - O SE - NO CALLE W/H = 0.4 CERR. SIN TOLDO e % e kwh CON TOLDO > U % e %, kwh -33% % -187 < U % > U % e %, kwh -29% % -188 < U % > U % e %, kwh -30% % -189 < U % CALLE W/H =0.7 ORIENT CERR. SIN TOLDO e % e kwh CON TOLDO > U % N - S e %, kwh -31% % -188 < U % > U % E - O e %, kwh -25% % -190 < U % > U % SE - NO e %, kwh -26% % -189 < U % ORIENT N - S E - O SE - NO CALLE W/H = 1 CERR. SIN TOLDO e % e kwh CON TOLDO > U % e %, kwh -29% % -188 < U % > U % e %, kwh -22% % -190 < U % > U % e %, kwh -23% % % < U Figura 4.22 Dem. Ref. y efectividad del toldo según transmitancia del cerramiento (kwh/sem, kwh/ sem %) Fuente: elaboración propia 58

59 Figura 4.23 CONSTRUCCIÓN SIN AISLAR vs AISLADA TODAS LAS ORIENTACIONES PROPORCIÓN CALLE W/H =1 30% VENTANA SIN TOLDO DEMANDA INICIAL kwh / semana aislada sin aislar CON TOLDO DEMANDA FINAL kwh/semana aislada sin aislar COMPARATIVA DE EFECTIVIDAD DEL TOLDO (% y kwh/sem) sin aislar aislada 59

60 4.3. Importancia relativa de las variables estudiadas Para poder establecer un orden de influencia, se evalúa cada variable por separado mediante las siguientes tablas. En ellas se recoge la disminución de la demanda en kwh/ sem lograda gracias al toldo para cada caso de estudio. Dichos resultados se organizan en función de uno de los factores (gris oscuro), de manera que en cada columna de valores sólo varía el factor estudiado, mientras que el resto permanecen constantes. Restando la disminución máx. y mín. por columna obtenemos el rango de variación de la efectividad del toldo (en valor absoluto). Figura 4.24 Rangos de variación de efectividad de las variables espaciales (kwh/sem) Fuente: elaboración propia PROPORCIÓN W / H ORIENTACIÓN VENTANA % 15% 30% 15% 30% 15% 30% N-S E MÍN. EFECTIV. MÁX. EFECTIV. SE-NO / SO-NE Rango de Variación según orientaciones RANGO MÍNIMO RANGO MÁXIMO VENTANA % 15% 30% Rango de Variación según orientaciones ORIENTACIÓN N-S E-O SE-NO / SO-NE PROPORCIÓN W / H MÍN. EFECTIV. MÁX. EFECTIV. RANGO MÍNIMO RANGO MÁXIMO PROPORCIÓN W / H Rango de Variación según orientaciones ORIENTACIÓN N-S E-O SE-NO / SO-NE VENTANA % 15% 30% 15% 30% 15% 30% MÍN. EFECTIV. MÁX. EFECTIV. DIFERENCIA DE EFECTIVIDAD RANGO MÍNIMO RANGO MÁXIMO 60

61 Figura 4.25 Rangos de variación de efectividad de las variables espaciales (kwh/sem). Fuente: elab. propia % OBSTRUCCIÓN DEL TOLDO 30% VENTANA + ORIENTACIÓN N-S E-O SE-NO / SO-NE PROPORCIÓN % % Rango de Variación según %obstrucción RANGO MÍNIMO RANGO MÁXIMO MASA DEL CERRAMIENTO M 30% VENTANA + ORIENTACIÓN N-S E-O SE-NO / SO-NE PROPORCIÓN M M/ Rango de Variación según masa RANGO MÍNIMO RANGO MÁXIMO TRANSMITANCIA DE LA ENVOVLENTE U 30% VENTANA + ORIENTACIÓN N-S E-O SE-NO / SO-NE PROPORCIÓN U U / Rango de Variación según transmitanc RANGO MÍNIMO RANGO MÁXIMO A partir de estos rangos, hemos dibujado una escala de importancia relativa entre las variables de estudio (figura 4.26). Excepto la orientación, todas las variables se han evaluado parcialmente (sólo algunos valores de los posibles en residencia), por lo que esta escala es válida únicamente para estos supuestos. Figura 4.26 Importancia relativa de las variables estudiadas sobre la efectividad del toldo Fuente: elab. propia VARIABLES ESPACIALES - 33% - 17% - 4% VARIABLES MATERIALES - 86% - 30% variables evaluadas parcialmente 61

62 4.4. Metodología de implantanción del toldo a escala urbana Estrategia de implantación: filtros urbanos Dado que esta tesina intenta que el toldo pueda convertirse en una herramienta de modificación del entorno urbano, consideramos necesario definir una estrategia a escala ciudad. Para definir en qué debe fijarse el planificador a la hora de identificar calles idóneas para la implantación de esta medida, proponemos una sucesión de filtros urbanos como la que resume la figura Figura 4.27 Toldos en C/Preciados (Madrid) Fuente: Google Maps y 20minutos FILTRO 1: Filtro de Viabilidad Se trataría de un filtro eliminatorio que impediría a ciertas calles ser candidatas a la instalación de este tipo de dispositivos, ya que por motivos constructivos sería inviable su instalación. Estas condiciones serían: Anchura de calle menor de 18m: dimensiones mayores de calle los anclajes de los toldos comienzan a complejizarse excesivamente. Uniformidad de altura de las edificaciones: diferencias entre cornisas de una planta como máximo, tramos continuos a la misma altura. Porte de árboles: inferior a la altura de la calle y que suponga una escasa aportación de sombra a los edificios. FILTRO 2: Filtro de Efectividad Las calles que hayan pasado el anterior filtro, se clasificarán de según la efectividad esperada en cuanto a reducción de demanda de refrigeración en el caso de que se instalase un toldo urbano. Esta clasificación nace del análisis de las variables espaciales y materiales estudiadas en los apartados anteriores, y se sintetiza en el gráfico de la figura 4.29 (también incluido dentro de la figura 4.28). Para cada calle, la manera de interpretar el gráfico es la siguente. En primer lugar, según la orientación de las fachadas que componene la calle, definiremos la curva a considerar 62

63 FILTRO 1 FILTRO DE VIABILIDAD ANCHURA DE CALLE < 15m > 15m UNIFORMIDAD DE ALTURA > 80% mismo Nºplantas < 80% mismo Nºplantas PORTE DE ÁRBOLES < h calle > h calle FILTRO 2 FILTRO DE EFECTIVIDAD ORIENTACIÓN DE FACHADAS N-S E-O NO-SE / NE-SO % VENTANA PROPORCIÓN W / H + - ESCALA DE EFECTIVIDAD FILTRO 3 FILTRO SOCIO-ECONÓMICO VIVIENDA PLURIFAM. ZONA DEGRADADA BAJOS COMERCIALES OTROS PROPUESTA MAPEADO URBANO DE IMPLANTACIÓN DE TOLDO Figura 4.28 Esquema de implantacion del toldo urbano. Fuente: Elaboración propia 63

64 Figura 4.29 Efectividad del toldo según proporción por orientación, para un 30% ventana. Fuente: Elaboración propia + % disminución de demanda EFECTIVIDAD ORIENTACIÓN E-O N-S NE-SO / NO-SE - proporción W / H (color morado, verde o azul). A continuación, elegiríamos el gráfico correspondiente según el % de ventana en fachada (en este caso sólo mostramos como ejemplo el gráfico correspondiente al 30%). Finalmente, según la proporción W/H de la calle, determinamos el % estimado de disminución de la demanda de refrigeración, que se asociará con un tono dentro de una escala de grises. A mayor intensidad de color, mayor efectividad del toldo y viceversa. La repetición de este procedimiento para todas las calles generará un mapeado que nos indicará las calles en las que la implementación del toldo resulta más interesante. FILTRO 3: Filtros socio-económicos Aunque no son objeto de esta tesina, nos indicar la posibilidad de incluir otros criterios de priorización relacionados con aspectos socioeconómicos, ya creemos que la instalación del toldo puede suponer modificaciones de la vida urbana más allá del simple aumento del confort exterior - interior o de la disminución de la demanda. Por ejemplo, se podría priorizar calles con: Vivienda plurifamiliar: beneficios a mayor número de familias, gestión-inversión más compartida Bajos comerciales: enriquecimiento del tejido (nuevos usos) Mayor grado de degradación urbana: herramienta de regeneración del barrio Estudio de caso: Mapeado del barrio Ciudad Jardín de Córdoba En este apartado aplicaremos la metodología anteriormente propuesta a un caso real, el barrio Ciudad Jardín de Córdoba. Situado al Oeste del casco histórico, se trata de un barrio de unos m 2, en el que a pesar del nombre, sólo existe un parque y que además, posee una densidad de edificación considerable. 64

65 Esta zona comenzó a ocuparse en el siglo XIX, pero la configuración actual del barrio data en su mayoría de los años 60 del siglo XX, en los que las necesidades de vivienda para una población creciente hicieron de él, lo que es hoy. un barrio de vivienda humillde, con pocos equipamientos y problemas graves de aparcamiento, que al ocupar el espacio público, dificultan una actividad comercial factible desde el punto de vista de la densidad poblacional. Este barrio debería ser objeto de acciones de rehabilitación, tanto a nivel de edificio (rehabilitación energética, mayoría de edificaciones anteriores a la normativa CT-79) como a escala urbana (mejoras ambientales y del espacio público). La implementación del toldo urbano nos parece una medida adecuada ya que afectaría a ambas escalas. Figura 4.30 Barrio Ciudad Jardín de Córdoba. Fuente: Elaboración propia a partir de Catastro y Google Maps 0 Km

66 Figura 4.31 Alturas de la edificación en el barrio Ciudad Jardín de Córdoba. Fuente: Elab. Propia a partir de Catastro Es importante recalcar que tanto la aplicabilidad como la fiabilidad de este tipo de metodologías, depende en gran medida de la calidad-cantidad de información que se disponga de las calles y los edificios que las conforman y, en ese sentido, el empleo de herramientas SIG con los datos suficientes podría facilitar mucho el proceso. En este caso no existía información todo lo completa que puediera desearse por lo que se han hecho algunas simplificaciones. Se ha fijado % de huecos en fachada en un 30% para todos los edificios. Esta estimación se ha realizado a partir de las observaciones (ej. figura 4.32) dado que una cuantificación más exacta habría conllevado un trabajo que excede el ámbito de este trabajo. Figura 4.32 %Ventana en bloque, C/Julio Pellicer (Córdoba). Fuente: Elab. Propia A continuación iremos mostrando el análisis progresivo del tejido urbano del barrio, aplicando los filtros anteriormente descritos (figuras 4.33 y 4.37). 66

67 FILTRO 1 FILTRO DE VIABILIDAD ANCHURA DE CALLE Eliminación de aquellas calles o plazas con anchura mayor a 18m, por dificultades constructivas en la implantación del toldo. CALLES Eliminadas si anchura > 18m Posibles ubicaciones UNIFORMIDAD DE ALTURA Eliminación de aquellas calles con variación excesiva de las alturas de cornisa de las edificaciones, >de dos plantas. Ejemplo en figura X. CALLES Eliminadas por falta uniformidad Eliminadas si anchura > 18m Posibles ubicaciones PORTE DE ÁRBOLES Eliminación de aquellas calles con variación excesiva de las alturas de cornisa de las edificaciones (>de dos plantas). Ver tipo de vegetación en el barrio en figura Y. CALLES Eliminadas por falta uniformidad Eliminadas si anchura > 18m Eliminadas por porte de árboles Posibles ubicaciones Figura 4.33 Aplicación del filtro de viabilidad al barrio de Ciudad Jardin. Fuente: Elab. Propia 67

68 Figura 4.34 Falta de uniformidad en altura en C/ Siete de Mayo (Córdoba). Fuente: Google Street View Figura 4.35 Vegetación de bajo porte compatible con toldo en C/ Damasco (Córdoba). Fuente: Google Street View (2009) Figura 4.36 Vegetación de gran porte incompatible con toldo C/Virgen del Perpetuo Socorro (Córdoba). Fuente: Google Street View (2009) 68

69 FILTRO 2 FILTRO DE EFECTIVIDAD Las calles no eliminadas se clasifican según las tres orientaciones estudiadas. ORIENTACIÓN DE FACHADAS DIRECCIONES DE CALLE ORIENTACIONES DE FACHADA N-S E-O NO-SE / NE-SO 30 % VENTANA ** De haber dispuesto de datos, las calles se habrían clasificado según su % ventana medio, para elegir la gráfica de efectividad correspondiente. En este caso se ha estimado un 30%, dentro de los valores habituales en edificios residenciales. % disminución de demanda proporción W / H PROPORCIÓN W / H + - EFECTIVIDAD A partir de la anchura media de la calle (W) y de la altura media de las cornisas (H), se ha estimado una proporción W / H de calle a partir de la que entrar en la gráfica de efectividad y elegir el tono de gris asociable para cada calle en función del %disminución de demanda de refrigeración. Figura 4.37 Aplicación del filtro de efectividad al barrio de Ciudad Jardin. Fuente: Elab. Propia 69

70 De esta manera, obtendremos un mapeado del barrio como el que muestra la figura 4.36, en el que se muestran las calles coloreadas de acuerdo a la escala de efectividad del toldo urbano previamente descrita, así como los tramos de calle que se escogerían para la implantación de la medida. Figura 4.38 Mapeado de efectividad del toldo urbano del barrio Ciudad Jardin de Córdoba. Fuente: Elaboración Propia DISMINUCIÓN DE DEMANDA C/ Alcalde Sanz Noguer -37% al -41% C/ Infanta Doña María -37% al -41% C/ Damasco -35% al -39% 70

71 Figura 4.39 Imágenes de los tramos de calles propuestos. Fuente: Google Street View (2009) 71