PROYECTO DE FIN DE CARRERA

Transcripción

1 PROYECTO DE FIN DE CARRERA ENERGETICA Y NORMA EN EL EDIFICIO ESPANOL Este proyecto nos permite de estudiar la norma española (Documento Básico HE) con el fin de realizar un programa y de determinar la eficiencia de un edificio al frente de esta norma. ANTHOUARD Florence Parte de ANTHOUARD Florence 25/03/2010

2 INDICE 4. Programa de cálculo con Excel... 3 a) Pagina VISU... 3 Datos climáticos y referencia del edificio... 3 Calculo Perdidas... 4 Calculo ganancias... 6 Calculo de la demanda de calefacción... 7 Sistemas pasivos... 7 b) Pagina Espacios acondicionados del edificio... 7 Recogido de los cerramientos... 7 Recogido de los puentes térmicos... 8 Recogido de las ganancias... 8 c) Pagina Datos de salida... 9 Transmitancias Detalladas Edificio Objeto (W/m².K)... 9 Transmitancias Medias y Límites (W/m².K)... 9 Factor solar modificado Indicadores de Eficiencia Energética (IEE) Comparación Demanda Calefacción d) Ejemplo con un edificio Ejemplo 1: Sevilla, sin aislamiento Ejemplo 2: Sevilla, con aislamiento y elemento pasivo con vidrio simple Ejemplo 3: Sevilla, con aislamiento y elementos pasivos con vidrio doble Ejemplo 4: Burgos, con aislamiento y elementos pasivos con vidrio doble Ejemplo 5: Burgos, alto aislamiento y elementos pasivos, vidrio doble baja emisividad Ejemplo 6: Sevilla, alto aislamiento y elementos pasivos, vidrio doble baja emisividad CONCLUSION

3 4. Programa de cálculo con Excel Esta parte del acta nos permitirá de explicar cómo hemos construido el programa Excel que nos da la oportunidad de saber si un edificio puede cumplir la norma y conocer la contribución de la aplicación de un elemento espéciale. Dentro de todas las páginas Excel que componen nuestro programa solo tres serán utilizadas por el utilizador: la primera que se llama Datos Salida es una página de información que resume los resultados y los dos siguientes que se llaman Visu y Espacios Acond permiten de recoger los datos necesarios. En las otras páginas se tienen los detalles de todos los cálculos. Las células verdes son células que se actualizan automáticamente mientras que las células amarillas son células que tienen que ser informadas por el utilizador. Esta presentación del programa se desarrollara de manera a explicar estas tres páginas al fin que cualquiera persona pusiera utilizarlo. a) Pagina VISU Datos climáticos y referencia del edificio Los datos climáticos de un edificio son datos importantes que tienen que ser elegidos con aplicación. En efecto, estos datos jugaran un papel importante en la estimación de la demanda. Pues la primera pagina permite de elegir la capital de la provincia dentro de la cual se ubique el edificio y también de dar al proyecto una dirección y n nombre definido: Una vez la provincia determinada, hay que entrar la altura del sitio porque eso influencia en la determinación de la zona climática pues de los grados día. Además, en función del sitio seleccionado, el programa encuentra las radiaciones solares para cada orientación. Estas radiaciones permitirán de calcular las ganancias solares que se puede aprovechar: 3

4 Por fin, el utilizador tiene que recoger el número de espacios acondicionados que comporta el edificio y un valor aproximativo del volumen de espacios no acondicionados. Los datos de cada espacio acondicionado serán recogidos en la página siguiente. En función de estos datos, se actualiza en esta página el área el volumen de estos espacios. Calculo Perdidas La parte de la página que sigue calcula las perdidas del edificio. En primer lugar, varias tablas resumen los datos tomando en cuenta que salen de la página Espacios Acond sumando para cada tipo de cerramiento vertical las áreas recogidas según cada orientación. 4

5 En segundo lugar, hay que recoger los datos del terreno y del posible forjado exterior que compondría el edificio. De la misma manera que para los cerramientos verticales, la parte que sigue resume las valores de puentes térmicos que han sido recogido en la pagina Espacios Acond entonces que componen el edificio entero. Ultimo punto antes de poder calcular el coeficiente de pérdidas en los espacios acondicionados: el cálculo de las pérdidas por infiltración. Se hace de la manera explicada en la primera parte de este documento. Entonces hay solo que recoger el volumen de renovación exprimido en ren/h. A saber que será posible también de elegir un coeficiente de renovación de aire para los espacios no acondicionados al fin de diferenciar la tasa de infiltración que puede ocurrir. Por fin, ahora se puede calcular las pérdidas de los espacios acondicionas y de la misma manera, las líneas siguientes permiten de calcular las pérdidas de los espacios no acondicionados lo que nos da el coeficiente de pérdidas totales en kwh. 5

6 Calculo ganancias Las ganancias brutas son la suma de las ganancias internas y de las ganancias solares. Las ganancias internas son dados en función del coeficiente de cargas internas puesto por cada espacio acondicionado en la pagina Espacios Acond mientras que las ganancias solares son la suma de todas las ganancias que dependen del área y de la radiación recogido para cada cerramiento en cada orientación. Después, vienen las ganancias netas que toman en cuenta el factor de utilización del edificio. Este factor de utilización esta calculado por el programa en funcion del tipo de inercia que pone el utilizador. En efecto, se puede elegir dentro de una lista de cinco niveles de inercia, de very light (poca inercia) hasta very heavy (mucha inercia). 6

7 Calculo de la demanda de calefacción La demanda de calefacción se obtiene de manera fácil retirando a las pérdidas totales definidas, las ganancias brutas. Al fin de comparar los edificios y de analizar la eficiencia del nuestro es más interesante de determinar la demanda específica que representa a la demanda por metros cuadrados de espacio acondicionado. Sistemas pasivos La última parte de esta página permite al utilizador de recoger los posibles datos del muro especial que quiere añadir al edificio. No se puede elegir al tipo de muro que será añadido porque los tres tipos (definidos en la segunda parte de esta acta) serán calculados. Entonces solo se necesitan el área del muro, su orientación y el tipo de vidrio que será utilizado. b) Pagina Espacios acondicionados del edificio Cada espacio acondicionado será definido en esta parte del programa. Todos los datos recogidos aquí serán utilizados en las páginas Visu y Datos salida que resumen los resultados y calculan las características del edificio. En primer lugar, es posible para el utilizador de definir el espacio con una designación lo que le permite de organizar su trabajo, sus espacios acondicionados. También hay que dar en primer lugar la altura media y el área acondicionada del espacio acondicionado: Recogido de los cerramientos En segundo lugar, el utilizador tiene que recoger las características de los cerramientos. Para cada cerramiento de cada orientación hay que estimar el área y el coeficiente de transmitancia de los muros, de las ventanas y de las puertas que lo componen. 7

8 Recogido de los puentes térmicos En tercero lugar, el utilizador debe estimar los puentes térmicos del espacio acondicionado. Esta estimación puede hacerse con otro programa (que permite de calcular de manera precisa los puentes térmicos en función de las características constructivas del edificio). Para cada tipo de puente, hay que evaluar la longitud del puente y su coeficiente de transmitancia lineal (en W/m.K). La tabla siguiente calcula las pérdidas totales por cada tipo de puente: Recogido de las ganancias Por fin, para cada espacio acondicionado, el programa calcula dos tipos de ganancias: las ganancias solares y las ganancias internas. Para eso, el utilizador tiene que recoger el factor solar de las ventanas o de las puertas situadas sobre cada fechada así como el factor de sombra. Estos valores dan la posibilidad al programa de calcular el factor solar modificado así como el área solar que permite de calcular las ganancias de las que se puede aprovechar sobre cada fechada. 8

9 Además, un valor medio de las ganancias internas del espacio acondicionado tiene que ser estimada por el utilizador si quiere que se tome en cuenta este tipo de ganancia. Así, para cada espacio acondicionado se puede diferenciar las cargas internas dadas a los equipos o a las iluminaciones presentes a dentro. c) Pagina Datos de salida Esta página es un resume de todos los resultados que salen del programa. Permite al utilizador de coger los datos que necesita de manera simple, comparando las opciones que lo propone el programa. Transmitancias Detalladas Edificio Objeto (W/m².K) La primera parte de las salidas es compuesta de una tabla que nos da las transmitancias del edificio tomando en cuenta todos los espacios acondicionados y diferenciando los varios tipos de cerramientos o de huecos presentes. Transmitancias Medias y Límites (W/m².K) Esta parte de la pagina valida o no la valor del coeficiente de transmitancia de cada cerramiento y de cada hueco a frente de las valores limites que son dadas por la norma. 9

10 Factor solar modificado Como en la parte anterior, la tabla de esta parte de la página permite de comparar un valor con el valor reglamentario. En este caso, se trata de comparar el valor del factor solar media del edificio (que toma en cuenta todos los factores solares de los espacios acondicionados) con el valor del factor solar del edificio de referencia que nos da la norma. 10

11 Indicadores de Eficiencia Energética (IEE) ANTHOUARD Florence El valor del indicador de eficiencia energética del edificio estudiado toma un valor por defecto de uno. Así, se puede comparar con el valor del edificio de referencia y deducir de manera fácil si nuestro edificio está conforme. En efecto, si el valor del indicador de eficiencia del edificio de referencia es inferior a uno, significa que el edificio estudiado tiene un indicador de eficiencia energética mejor así pues que sus características energéticas globales son mejoras que las de un edificio de referencia que tendría el mismo tamaño pero coeficientes de transmitancia de referencia. Se hace el cálculo para los indicadores de eficiencia energética que comparan los coeficientes de transmitancia de los cerramientos como para los IEE que comparan los factores solares modificados. Comparación Demanda Calefacción Por fin, la última parte de esta página resume las características del edificio comparando las opciones posibles. Los resultados de cada opción y del edificio de referencia son puestas costa a costa al fin de poder identificar la solución la más eficiente, que tiene un indicador de eficiencia energética lo más pequeño. 11

12 d) Ejemplo con un edificio Para acabar esta acta, vamos a hacer algunos ejemplos que nos permitirán de probar nuestro programa y de analizar los resultados al fin de ver si son en adecuación con la realidad. Entonces, para eso, hemos elegido un tipo de vivienda de una planta con varias ventanas y puerta. El tema del ejercicio es de poner esta casa en varios sitios y de cambiar sus características (la composición de sus cerramientos) al fin de que cumplir la norma. La vivienda es un cuadrado de diez metros de lado. Tiene cuatro espacios acondicionados: dos habitaciones, una cocina y un salón. Hemos dibujado cinco ventanas: una para cada orientación y dos al sur y dos puertas: un al sur y un al oeste. El plan de la vivienda es el siguiente: 12

13 Ejemplo 1: Sevilla, sin aislamiento Para este primer ejemplo consideremos que los cerramientos del edificio tienen las composiciones detalladas en la tabla que sigue. Las ventanas y las puertas de vidrio son compuestas de vidrio simple. El edificio está situado en Sevilla, capital de Andalucía. Ubique SEVILLA Muros Suelo Cubierta Hormigon (cm) Aislamiento (cm) Ventana Puerta de vidrio Simple Simple Vidrio del elemento pasivo Simple 13

14 Podemos ver que claramente con el IEE no cumple la norma de ninguna manera. Estamos en un sitio caliente de España pero una vivienda sin aislamiento no puede alcanzar los valores normativas mínimas. En esta situación los elementos no son relevantes, bajan la demanda pero sería gastar dinero para pocos resultados. La única cosa que se suele hacer es dejar las pérdidas de la envolvente con aislamiento. Por eso en el ejemplo siguiente añadimos una capa de aislante por todos los cerramientos y utilizamos vidrios dobles. Ejemplo 2: Sevilla, con aislamiento y elemento pasivo con vidrio simple Para este segundo ejemplo consideremos que los cerramientos del edificio tienen las mismas composiciones más aislamiento en cada cerramiento. Las ventanas y las puertas de vidrio son compuestas de vidrio doble mientras el vidrio del elemento pasivo es un vidrio simple. El edificio está situado en Sevilla, capital de Andalucía. Ubique SEVILLA Muros Suelo Cubierta Hormigon (cm) Aislamiento (cm) Ventana Puerta de vidrio Doble Doble 14

15 Vidrio del elemento pasivo Simple Con el aislamiento y las nuevas ventanas las pedidas bajan de 5000 kwh por el mes de enero en Sevilla. Allí podemos ver la importancia del aislamiento y de la cualidad de los huecos. Ahora cumplimos la norma ya con el edificio inicial con un IEE de 0,89. Además, con los elementos pasivos conseguimos a bajar la demanda: El muro solar baja las perdidas con la resistencia del vidrio y en la cámara de aire añadidos. Y aprovecha de la radiación solar y del efecto invernadero. Entonces baja las perdidas y sube las ganancias. El muro trombe sube un poco las perdidas del hecho de las pérdidas entre el flujo de aire y el vidrio. Del otro lado las ganancias suben mas, el flujo de aire recupera calor del interior y de la radiación solar. Igualmente la pared amacena calor de la radiación y la transmita. Suben más las ganancias que las perdidas. El muro pariétodinamico por su parte baja las pérdidas porque una parte del aire necesario al local pasa por este elemento, se debe deducir este caudal de la infiltración. Se ve por el coeficiente de perdidas por infiltración que es el único más bajo de los otros. Las ganancias son altas porque aprovecha de las mismas cosas que el trombe pero utilizando aire exterior con salto de temperatura más alto. Suele ser el mejor sistema si la vivienda tiene buena estanqueidad y que todo el aire pasa por el pariétodinamico. Pero en la práctica es difícil de construir. 15

16 Ejemplo 3: Sevilla, con aislamiento y elementos pasivos con vidrio doble Para este tercero ejemplo consideremos que los cerramientos del edificio tienen las mismas composiciones más aislamiento en cada cerramiento. Las ventanas y las puertas de vidrio son compuestas de vidrio doble como el vidrio del elemento pasivo. El edificio está situado en Sevilla, capital de Andalucía. Ubique SEVILLA Muros Suelo Cubierta Hormigon (cm) Aislamiento (cm) Ventana Puerta de vidrio Doble Doble Vidrio del elemento pasivo Doble Con esta hoja vemos que con un vidrio más aislante en el elemento pasivo el IEE baja para todos los elementos pasivos. Se debe tomar en cuenta el balance entre el factor solar que baja y la resistencia térmica que sube. 16

17 Ejemplo 4: Burgos, con aislamiento y elementos pasivos con vidrio doble Para este ejemplo consideremos que los cerramientos del edificio tienen las mismas composiciones más aislamiento en cada cerramiento. Las ventanas y las puertas de vidrio son compuestas de vidrio doble como el vidrio del elemento pasivo. El edificio está situado en Burgos, capital de Burgos. Ubique BURGOS Muros Suelo Cubierta Hormigon (cm) Aislamiento (cm) Ventana Puerta de vidrio Doble Doble Vidrio del elemento pasivo Doble Planteamos el mismo edificio en burgos y vemos que una buena vivienda en Sevilla no lo es en un clima más frio. El IEE supera a 1. Tenemos que bajar de nuevo las pérdidas de la envolvente. 17

18 Ejemplo 5: Burgos, con alto aislamiento y elementos pasivos con vidrio doble de baja emisividad Para este ejemplo consideremos que los cerramientos del edificio tienen las mismas composiciones más aislamiento en cada cerramiento. Las ventanas y las puertas de vidrio son compuestas de vidrio doble de baja emisividad como el vidrio del elemento pasivo. El edificio está situado en Burgos, capital de Burgos. Ubique BURGOS Muros Suelo Cubierta Hormigon (cm) Aislamiento (cm) Ventana Puerta de vidrio Doble BE Doble BE Vidrio del elemento pasivo Doble BE 18

19 Con elementos más eficiente cumplimos la norma. En un clima más frio la utilización de elementos pasivos es relevante también. Bajando las pérdidas se puede aprovechar de las ganancias solares Ejemplo 6: Sevilla, con alto aislamiento y elementos pasivos con vidrio doble de baja emisividad Para este ejemplo consideremos que los cerramientos del edificio tienen las mismas composiciones más aislamiento en cada cerramiento. Las ventanas y las puertas de vidrio son compuestas de vidrio doble de baja emisividad como el vidrio del elemento pasivo. El edificio está situado en Sevilla, capital de Andalucía. Ubique SEVILLA Muros Suelo Cubierta Hormigon (cm) Aislamiento (cm) Ventana Puerta de vidrio Doble BE Doble BE Vidrio del elemento pasivo Doble BE 19

20 Ultimo ejemplo movemos el edificio con alto aislamiento en Sevilla. Por supuesto cumple la norma. Lo que es interesante es que acercamos de un edificio my eficiente durante el invierno y utilizamos energía renovable aprovechando del sol. 20

21 CONCLUSION Este proyecto trata de un tema central en la problemática actual: el consumo de energía en el edificio durante el periodo de invierno. En España las diferencias de severidad climática hacen que existe diferencia grande de eficiencia entre las viviendas. Lo vemos bien con los ejemplos de Sevilla y Brugos. Entonces cada zona no tienen los mismos niveles de expectación de aislamiento. Sin embargo observamos que una calidad constructiva mínima es necesaria en toda la península. Por eso existe la norma que da los cerramientos y huecos de transmitancia mínima para cada zona. Nuestra herramienta informática permite de verificar que un edificio cumple o no la norma. Es el primer paso. Lo interesante es que además tenemos el detalle de cada poste de consumición, con eso podemos ver donde están los puntos débiles y fuertes de la casa. Para concentrar las inversiones en material eficiente. La primera cosa que sale de este estudio es que hasta que las pérdidas no sean controladas, no vale nada de añadir sistemas de recuperación de energía o cualquier elemento que suele subir las ganancias térmicas del edificio. Una vez que la vivienda es normativa y que consideramos las perdidas aceptable se puede tomar en cuenta el tema de las ganancias. Tratamos de elementos pasivos que van a aumentar las ganancias aprovechando de energía gratuita e ilimitada: la radiación solar. Según la orientación se puede aprovechar de los rayos de sol en invierno. La orientación sur es la mejor para estos elementos tal el muro solar, trombe, pariétodinamico. En invierno cuando el sol es bajo los royos tocan el vidrio del muro, utiliza el efecto invernadero en la cámara de aire. En verano lo bueno es que se puede proteger el vidrio con un elemento de sombra o una persiana. Con los sistemas de trombe y pariétodinamico una parte de las perdidas por el cerramiento se recupera con el flujo de aire. Además, el pariétodinamico reduce la carga de ventilación por la parte de aire exterior que pasa por la cámara de aire. Este último es muy interesante porque además de tener la mejor eficiencia teórica puede cambiar se en fachada ventilada en verano para bajar la temperatura interior. Tenemos que poner la atención sobre el hecho que estos elementos necesitan una regulación y una calidad constructiva alta para conseguir a bajar la demanda. El sentido de este proyecto es mostrar cómo se baja la demanda energética según el tipo de construcción y la localidad. Primer paso: bajar la transmitancia de los cerramientos y huecos. Segundo: subir las ganancias gratuitas. 21