Passivhaus, el estándar de bajo consumo energético 11- BASES DEL PROGRAMA DE CÁLCULO PHPP Institut Tecnològic de Lleida, 4-13 abril 2011
MASTER EN ECODISEÑO: ESTÁNDAR DE CASAS PASIVAS 6.- BASES DEL PROGRAMA DE SOFTWARE PHPP: DESARROLLO MEDIANTE EJEMPLO PRÁCTICO 6.1.- Esquema general del programa 6.2.- Primeros pasos: datos climáticos 6.3.- Primeros pasos: Datos principales del edificio, superfícies, orientación 6.4.- introducción de valores de U, Base del edificio, ventilación 6.5.- Ventanas y huecos, sombras, caso de verano 6.6.- Introducción en el balance de las instalaciones y las ganancias internas 6.7.- Evaluación y lectura de datos 6.8.- Práctica 2
6.1.- Esquema general del programa - SOFTWARE INFORMÁTICO DESARROLLADO POR WOLFGANG FEIST Y EL PASSIVHAUS INSTITUT - HOJA DE CÁLCULO TIPO EXCEL, ACTUALIZACIÓN PERIÓDICA CÁLCULOS DE BASE ESTÁTICA, CON PARAMÉTRICAS PRODUCTO DE CÁLCULOS COMPROVACIÓN DE LOS MISMOS CORRECCIONES DINÁMICOS Y - ES UNA HOJA DE CÁLCULO DONDE SE VAN ABRIENDO PESTAÑAS E INTRODUCIENDO DATOS. UNA VEZ INTRODUCIDOS TODOS LOS DATOS SE PUEDE EMPEZAR A ACTUAR SOBRE LOS RESULTADOS, MODIFICANDO DATOS Y PULIENDO EL DISEÑO DEL PROYECTO - SU VERSATILIDAD Y RAPIDEZ DE CÁLCULO, AL SER ESTÁTICO, LA HACEN UNA HERRAMIENTA ÚTIL DE DISEÑO - SU FACILIDAD DE MANEJO (EXCEL) HACE QUE SEA ACCESIBLE A UNA MAYORÍA DE TÉCNICOS EN PRINCIPIO NO ESPECIALIZADOS 3
6.1.- Esquema general del programa - EL PROGRAMA TIENE UNA HOJA DE PRESENTACIÓN Y RESUMEN DE RESULTADOS. A ELLA SE ACUDE A COMPROBAR SI EL RESULTADO DEL CÁLCULO ESTÁ SIENDO SATISFACTORIO - EL PROGRAMA SE PUEDE DIVIDIR EN TIPOS DE INTRODUCCION DE DATOS: - DATOS GENERALES: ENVOLVENTE Y PUENTES TÉRMICOS - VALORES U - INTRODUCCIÓN DE OTROS DATOS GENERALES: - DATOS DE CONTACTO AL TERRENO - DATOS DE ESTRATEGIA DE VENTILACIÓN - INTRODUCCIÓN FORMA Y CALIDAD DE VENTANAS - INTRODUCCIÓN DE SOMBRAS EN GENERAL Y SOBRE ESTAS VENTANAS, FORMA DE JAMBAS... - CASO VERANO: INTRODUCCIÓN SOMBRAS ESTACIONALES INTRODUCCIÓN VENTILACION VERANO INTRODUCCIÓN DATOS ENFRIAMIENTO 4
6.1.- Esquema general del programa - INTRODUCCIÓN DE DATOS INSTALACIONES - INSTAL. CALEFACCION Y RECORRIDO TUBERÍAS - PLACAS SOLARES - INSTAL. ELECTRICA Y DEMANDA - INSTAL. ELECTRICIDAD AUXILIAR APARATOS - INSTAL. CALDERAS, ACUMULADORES, HOGAR, COCINA... - EL PROGRAMA RETORNA UN RESUMEN DE GANANCIAS INTERNAS - PREGUNTA SI HAY SISTEMAS DE COGENERACIÓN O DISTRICT HEATING - EL PROGRAMA TAMBIÉN TIENE INTRODUCCIÓN DE DATOS SEPARADA DEPENDIENDO DE SI SE TRATA DE UN EDIFICIO RESIDENCIAL O NO RESIDENCIAL - TIENE UNA BASE DE DATOS CONSULTABLE CON LAS PRINCIPALES CIFRAS DE REFERENCIA (p.ej. Equivalencia electro en CO2...) - EL PROGRAMA ACABA CON PARTE PARA DATOS NECESARIOS PARA APLICACIÓN DE DIFERENTES NORMATIVAS NACIONALES SEGÚN VERSIÓN. 5
ESQUEMA DE USO DEL PROGRAMA PHPP SEGÚN LAS PESTAÑAS 6
VENTANA PRINCIPAL DEL PROGRAMA Dividido en 3 partes 1.- presentación de los datos generales 2.- introducción de datos clave de partida 3.- resultados del cálculo realizado 7
VENTANA PRINCIPAL DEL PROGRAMA 1.- presentación de los datos generales: la parte superior queda a efectos de expediente, datos generales EL COLOR AMARILLO DE CELDA INDICA LUGAR DE INTRODUCCIÓN DE DATOS 2.- En la parte media hay un resumen de los datos clave del programa. Se introducen algunos de los datos clave de partida: a.- nº de viviendas b.- temperatura interior deseada (invierno) c.- volumen interior 8
VENTANA PRINCIPAL DEL PROGRAMA En la zona inferior tenemos la lectura de resultados. Es el resumen general El color verde de celda indica resultado AQUÍ SE CONTROLA SI SE CUMPLE EL ESTÁNDAR: de cálculos, no se puede cambiar Cumple? Demanda calor hermeticidad Demanda Energía primaria Demanda primaria calor, ACS y auxiliares Carga de calor Frec. sobrecalentamiento Demanda de frío Carga de frío 9
VENTANA PRINCIPAL DEL PROGRAMA En las zonas no visibles de la página principal se introducen valores clave para el cálculo energético y el nº de usuarios del edificio LAS CELDAS CON FONDO BLANCO SON RESULTADO DE CÁLCULO INTERMEDIO Y POR TANTO, NO EDITABLES Tipo de edificio Patrón de utilización a efectos de ganancias internas Número de usuarios Método de cálculo (anual o mensual) 10
HOJA DE DATOS CLIMÁTICOS La mayor virtud del programa consiste en que es editable por uno mismo. Es decir, lleva unos parámetros definidos por defecto pero se pueden tocar y poner según criterio del técnico. Existe una serie de datos climáticos predefinidos pero se pueden introducir los que sean necesarios. 11
HOJA DE DATOS CLIMÁTICOS El programa necesita que los datos climáticos añadidos sean lo más fiable posible. Consejos: 1.-utilizar los datos climáticos de la estación meteorológica más cercana, si son fiables 2.- para un primer cálculo, utilizar datos de carga de calor y frio del ejemplo de clima más cercano de la base de datos de PHPP Datos climáticos a añadir al programa: A.- latitud, longitud y altura sobre el nivel del mar B.- medias mensuales de temperatura ambiente C.- medias mensuales de temperatura de rocío D.- medias mensuales de temperatura del cielo E.- medias mensuales de radiación global en horizontal y en las 4 direcciones cardinales (N, E, W, S, a 90º) F.- datos referentes a la carga de calor G.- datos referentes a la carga de frío Si ningún dato es bueno, se pueden obtener del programa METEONORM o encargarlos al PassivHaus Institut 12
HOJA DE DATOS CLIMÁTICOS Selección del clima Introduccion de altura del objeto a calcular si varía de la del clima: el programa recalcula valores Introducción de datos climáticos nuevos 13
HOJA DE INTRODUCCIÓN DE SUPERFÍCIES Es la hoja más importante del programa: en ella se introducen los m2 útiles de referencia, y todas las superfícies exteriores Resumen total balance PARTE SUPERIOR: RESUMEN Y CLASIFICACIÓN POR GRUPOS DATOS VENTANAS EN OTRA TABLA INTRODUCCIÓN SUPERFICIES 14
HOJA DE INTRODUCCIÓN DE SUPERFÍCIES Grupo según posición: fachada, cubierta, ventana, suelo, sup a zona interior no calefactada... A o B, superfícies en contacto con exterior o no PARTE SUPERIOR, RESUMEN DE SUPERFÍCIES DATOS DE VENTANAS PROVIENEN DE LA HOJA VENTANAS Resumen de superfícies 15
HOJA DE INTRODUCCIÓN DE SUPERFÍCIES PARTE INFERIOR: DATOS: LINIA 1: M2 ÚTILES INTERIORES LÍNIAS 2 A 6: DATOS DE VENTANAS COLUMNA D: ASIGNACION DE GRUPO COLUMNA T: ASIGNACIÓN DE VALOR U 16
HOJA DE INTRODUCCIÓN DE SUPERFÍCIES Las medidas de las superfícies deben introducirse en su dimensión exterior para diseñar por el lado de la seguridad 17
HOJA DE INTRODUCCIÓN DE SUPERFÍCIES Aquí se introducen los puentes térmicos Su valor, su longitud y la asignación a un grupo de superfícies de la zona superior Longitud en m lineales Valor fi de puente Ayuda al cálculo térmico 18
HOJA DE INTRODUCCIÓN DE SUPERFÍCIES En la zona derecha se pueden asignar a las diferentes superfícies valores de absorción de radiación (color, angulo inclinacion, sombras...) para estimar radiación sobre superfícies opacas 19
HOJA DE RESUMEN DE VALORES U EDITADOS Esta hoja resume las fachadas editadas en la hoja posterior. Sirve de referencia al cálculo de la hoja anterior de superfícies, donde quedan numeradas 20
HOJA DE DE VALORES U - EDICIÓN Esta hoja sirve para editar los diferentes valores U de las superfícies opacas (suelos, techos, fachadas...) hay que ser cuidadoso a la hora de editar variantes materiales Coef. conductividad Coef. Rsi y Rse Grosor de capa 2º material por capa 21
HOJA DE EDICIÓN DE RELACIÓN DEL EDIFICIO CON EL SUELO Esta hoja sirve para editar qué relación tiene el edificio con el terreno, si está éste en contacto o no con el mismo, si hay aparcamiento o zona no habitada, si hay forjado sanitario o si existe por el contrario una solera en Zona contacto directo. Cada tipo de introducción relación nos pide unos datos u datos otros. Cálculos internos Por lo demás es una hoja de cálculos que se pueden reseguir y de resultados. Datos de temp. Del suelo deducidos a partir de datos climáticos 22
HOJA DE EDICIÓN DE RELACIÓN DEL EDIFICIO CON EL SUELO Datos del terreno 4 opciones de relación con el terreno, a escoger 1: - basamento calefactado - basamento en contacto con el terreno - basamento no calefactado - basamento suspendido (forjado sanitario) Datos deducidos Área y perímetro del suelo Datos adicionales según opción 23
HOJA DE EDICIÓN DE TIPOS DE VENTANAS Zona listado de vidrios En esta hoja se trata de escoger, de entre las posibilidades que se dan u otras al gusto, una serie de marcos y vidrios para el proyecto, de manera que los podamos asignar en la hoja de listado de ventanas. Zona listado de marcos 24
HOJA DE EDICIÓN DE TIPOS DE VENTANAS denominación Valor g de transmisión de radiación Valor U del vidrio En la intuición y pericia del proyectista está la habilidad para escoger el vidrio correcto, en cuanto a valor g (ganancias) y U (pérdidas vidrio) De ello depende en gran medida un balance de ventanas positivo, que conduce a un balance total cercano a Passivhaus 25
HOJA DE EDICIÓN DE Escoger los tipos de marco de ventana puede dar TIPOS DE VENTANAS lugar también a grandes ahorros energéticos. Especialmente la dimensión del marco y la instalación pueden influir mucho en el cálculo Puente térmico Puente térmico vidrio- construcción denominación Valor U del marco marco (fabricante) (colocación) Dimensión de los marcos (jamba izq-drchaantepecho-umbral) 26
HOJA DE EDICIÓN DE TIPOS DE VENTANAS VENTANAS, EL DISEÑO DEL HUECO, DETALLES CONSTRUCTIVOS El puente térmico generado al colocar el marco de ventana, dependiendo de si está protegido o no, debe ser tenido en cuenta en el programa. Este detalle, que suele menospreciarse, se reproduce en muchos ml de la fachada y por tanto hay que controlarlo o mejorarlo si fuera necesario. La buena ejecución en obra es primordial 27
Comparativa dos posibles situaciones de construcción de una ventana Este detalle puede ser decisivo en el balance energético del edificio, llegando a costar entre 2 y 5 kwh/m2a en el balance 28
HOJA DE VENTANAS Junto con la hoja de superfícies, es la hoja más compleja de introducción de datos. Se debe ser riguroso al entrarlos. Consta de dos partes. Parte superior: Resumen ventanas por orientaciones (norte, este, sur, oeste, horizontal) Parte inferior: Listado y características ventanas, una a una o pequeños grupos 29
HOJA DE VENTANAS ENTRADA DE DATOS DE VENTANAS: Denominación y cantidad Desviación respecto al norte: Norte: 0º Sur: 180º Este: 90º Oeste: 270º Asignación automática de orientación Dimensiones de la ventana o balconera, marcos incluídos 30
HOJA DE VENTANAS ENTRADA DE DATOS DE VENTANAS: Asignación de la ventana a una fachada o superfície de la hoja de áreas Esto sirve para saber de donde resta la sup. Acristalada a la opaca, no necesidad de entrada doble de datos Asignación de un tipo de vidrio de entre los escogidos en la hoja anterior Asignación de un tipo de marco de entre los escogidos en la hoja anterior 31
HOJA DE VENTANAS ENTRADA DE DATOS DE VENTANAS: En esta parte el programa quiere saber si la ventana está sola (1,1,1,1) o bien forma parte de un grupo de ventanas y tiene otra ventana al lado, arriba o abajo. Estos datos son necesarios para el calculo de sombras proyectadas por jambas, antepechos y umbrales Resumen de propiedades escogidas Resumen de propiedades escogidas 32
HOJA DE VENTANAS LECTURA DE DATOS DE BALANCE EL BALANCE ENERGÉTICO DE LAS VENTANAS: El balance de las ventanas en su conjunto deben ser netamente positivos, para influenciar positivamente en el proyecto. Si no, un edificio no puede tener un buen balance global, se aleja del passivhaus. No es tan importante la calidad de la ventana, si no que la ventana escogida sea capaz de perder bastante menos (U-ventana) de lo que se pueda ganar a través de ella (factor solar+radiación) Resumen de los datos de ventanas y balance energético 33
HOJA DE SOMBRAS FIJAS: Distancia horizontal y vertical de otros edificios (respecto a cada ventana) A Profundidad del hueco de ventana Laterales: Distancia entre el borde lateral del vidrio y la jamba construida Resumen de sombras Umbral de Aleros... A B ventana, Resumen de % de reducción de aportación solar B Reducción Adicional En % 34
HOJA DE DATOS DE VENTILACIÓN Y RECUPERADOR: Esta hoja sirve para determinar el régimen de ventilación y si existen o no recuperadores de calor. Se puede variar en cualquier momento la estrategia de ventilación Impulsión por persona Extracción según espacios Régimen de ventilación durante un día: Siempre máximo o dependiendo de uso: se pueden variar tanto las horas de cada como el % Total Extracción adicional a tener en cuenta (p.ej. Adicional para cumplir CTE) Resumen de renovaciones/hora 35
HOJA DE DATOS DE VENTILACIÓN Y RECUPERADOR: Esta zona da los datos principales de cómo funciona la ventilación, y características del recuperador de calor, si lo hay. M3 de intercambio, volumen total interior Resultado del Test de presión Blower Door!!! Ventilación mecánica? Si o no Posición del recuperador de calor: dentro o fuera de la envolvente térmica Calidad, marca, caract. Del recuperador Tubo canadiense: efectividad 36
HOJA DE CÁLCULO DE LA DEMANDA DE ENERGÍA DE CALEFACCIÓN Como se puede comprobar, es más una hoja donde se pueden reseguir todos los resultados de cálculo y ver datos y cantidad de energía perdida y dónde se pierde. No se introducen datos. Puede servir de análisis de resultados para saber dónde se producen las mayores pérdidas y actuar en consecuencia. El resultado se refleja en la hoja resumen principal 37
HOJA DE CÁLCULO DE LA DEMANDA DE ENERGÍA DE CALEFACCIÓN Hoja resumen en gráfico y por meses 38
HOJA DE CÁLCULO DE LA LA CARGA DE CALOR Como se puede comprobar, es también una hoja donde ven los resultados de cálculo de carga de calor, que nos darán la potencia máxima necesaria para calefactar el objeto en estudio. Más de 10 W/m2a supone utilizar otras cosas aparte de la ventilación con toda seguridad Temp. Máxima de impulsión del aire, se puede decidir 39
Protección solar: Sombras en verano, claves para un buen balance estival PHPP puede hacer una suposición de sombras para el verano, aplicando cualquier sistema de lamas, filtros, etc, como un porcentaje de radiación que persiste después de aplicado el criterio. 40
HOJA DE CÁLCULO DE SOMBRAS EN VERANO Suele ser decisivo un buen sombreado veraniego para el balance energético de frío. Ejemplo, persianas prácticamente cerradas 41
HOJA DE CÁLCULO DE SOMBRAS EN VERANO El propio CTE supone unos valores para sistemas de lamas, toldos, en diferentes posiciones y orientaciones, de manera que pueda facilitar el posible dato a introducir. Fuente: DAV (2ªed) - Aplicación del CTE - CSCAE - CTE-HEAhorro Energía, aplicación a edificios de uso residencial vivienda 42
HOJA DE CÁLCULO DE LA LA CARGA DE FRÍO Esta hoja tiene dos zonas de introducción de datos, la primera, arriba, sirve mucho a la hora de determinar la carga de frío. Es necesario decir si el edificio es muy ligero o muy pesado. Esto se hace poniendo un valor de Specific capacity, la masa de inercia de nuestro edificio. Es importante añadir este dato en un estadio no muy avanzado del estudio 43
HOJA DE CÁLCULO DE LA CARGA DE FRÍO La zona inferior pide datos de ventilación para verano, se pueden dar volumenes renovados y método (ventanas o mecánico), etc. Cantidad de renovación del aire Tipo de ventilación Frecuencia de sobrecalentamiento en verano (menor del 10% se considera aceptable) 44
HOJA DE HIPÓTESIS DE VENTILACIÓN NATURAL EN VERANO Esta hoja de cálculos adjacente, se puede usar para hacer hipótesis de horas y abertura de ventanas y puertas en distinto modo, se puede determinar diversos grados de ventilación en 1 dia y el programa devuelve un valor de cálculo a tener en cuenta en las tablas anteriores y posteriores 45
HOJA DE CÁLCULO DE DEMANDA DE FRÍO Es una hoja con cálculos y resultados que se pueden seguir y analizar. No tiene entradas de datos posibles 46
HOJAS DE CÁLCULO DE INSTALACIONES: UNIDADES DE FRÍO Esta hoja sirve para hacer ajustes en caso de tener o necesitar una unidad de generación de frío, normalmente por electricidad 47
HOJAS DE CÁLCULO DE INSTALACIONES: DISTRIBUCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA * Esta hoja sirve para hacer una previsión de pérdidas de calor de la instalación de Agua Caliente Sanitaria en todo el sistema: central, calderas, tubería, etc Es bueno tener controlados los recorridos de las instalaciones, si son interiores a la envolvente o exteriores, mlineales, diámetros, codos... * Detalle en la hoja posterior 48
HOJAS DE CÁLCULO DE INSTALACIONES: DISTRIBUCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA * 49
HOJAS DE CÁLCULO DE INSTALACIONES: CONTRIBUCIÓN SOLAR AL AGUA CALIENTE SANITARIA Esta hoja sirve para hacer un precálculo del % de energía que cubren las placas solares para la generación de Agua Caliente Sanitaria. El resultado de esta tabla es tiene en cuenta en las hojas de ACS y de Energía Primaria Datos básicos a introducir: area de colectores, orientación, inclinación... Resultado de % cubierto 50
HOJAS DE CÁLCULO DE INSTALACIONES: DEMANDA ELÉCTRICA Datos de partida Introducción de diversos aparatos y electrodomésticos Valor mix eléctrico lavaplatos lavadora Secado ropa Neveras y frigos Luz, electronica Otros del usuario 51
HOJAS DE CÁLCULO DE INSTALACIONES: DEMANDA ELÉCTRICA POR APARATOS AUXILIARES (calefacción, refr, ACS) Listado de aparatos de apoyo a los sistemas básicos 52
HOJAS DE CÁLCULO DE INSTALACIONES: RESUMEN DE GANANCIAS INTERNAS POR APARATOS Y PERSONAS 53
HOJAS DE CÁLCULO DE INSTALACIONES: DEMANDA DE ENERGÍA PRIMARIA TOTAL Esta hoja ES EL RESUMEN de todas las hojas de instalaciones y sirve para asignar a cada instalación el tipo de energía que consume o, en su defecto, qué energías se utilizan para cubrir según qué demanda y en qué porcentaje lo hacen. * Es una hoja importante puesto que la determinación de si se utiliza electricidad o gas, o biomasa, o district heating, hace variar mucho la demanda de energía primaria total final del edificio, y puede hacernos cumplir o no el último requisito indispensable del estándar passivhaus: los 120 kwh/m2a El proyectista puede decidir evaluar otros sistemas que pueda tener a disposición, valorar un COP e introducirlo al cálculo (p.ej. Una geotermia) 54
HOJAS DE CÁLCULO DE INSTALACIONES: DEMANDA DE ENERGÍA PRIMARIA TOTAL: DETALLE PARTE SUPERIOR: DEMANDA ELECTRICA Y BOMBA DE CALOR * 55
CONCLUSIONES Y VALORACIÓN DEL PROGRAMA PHPP: El programa de cálculo PHPP responde a su nombre: PassivHaus Projecting Package, paquete de proyectación passivhaus. Su fácil manejo y versatilidad para calcular diversas variantes en poco tiempo la hacen ideal para cálculos relativamente poco complejos y que ayuden a decisiones en el momento de realizar el proyecto. Es una herramienta que está al abasto del gran público, al ser una tabla excel. Se pueden introducir una gran variedad de datos, algunos de mucho detalle, pero se queda algo corto para el cálculo de situaciones de verano. El cálculo paramétrico no responde con fidelidad a modelos de inercia y ventilación natural, aunque el programa es capaz de hacer una estimación El programa es muy dependiente de la obtención o no de unos datos climáticos buenos, especialmente en la parte dedicada a carga de calor y de frío. El programa tiene dependencia de datos muy exactos en cuanto a superfície de m2 útil y es algo chocante su valoración de las superfícies envolventes a introducir. Se puede concluir que no es la herramienta más exacta, puesto que no calcula hora a hora (dinámico), pero sí la muy útil y de resultados más que buenos para el balance energético y la posibilidad de aplicación de cálculo en edificios pequeños, donde los presupuestos disponibles son decisivos en la ejecución o no de un modelo energético para el edificio 56
Passivhaus, el estándar de bajo consumo energético Gracias por su atención y por su tiempo AMARANTE BARAMBIO arquitecto abarambio@coac.net Institut Tecnològic de Lleida, 4-13 abril 2011 57