Pren13790 La Salle

Fundamentos de eficiencia energtica y El Calculo de la demanda energtica prEN ISO 13790Josep Sole European Sustainability & Technical Manager URSA INSULATION HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 1 EFICIENCIA ENERGTICA EN EDIFICIOS Fundamentos: La demanda energtica en edificios como herramienta de diseo Josep Sole HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 2 Energa en edificiosTotal energy use Transformation Delivered energy Net energy Generated energy Delivered Primary energy Demanda Energtica Cantidad de energa necesaria para mantener el confort Demanda f(topologa constructiva + uso de edificio) Consumo Energa Final Cantidad suministrada Consumo = Demanda * Ineficacia sistemas Energa primaria Cantidad producida E.Primaria = Consumo * Ineficacia produccin HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 3 Consumo de energa en EuropaLa cantidad de energa consumida por los edificios en Europa (41%) no es irrelevante en relacin a la Industria y el transporte Millones de tep 288 379 262EC Green Paper 1995 Edificios Industria Transporte El sector de la edificacin tiene una responsabilidad inexcusable en la proteccin del medio ambienteHOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 4 Tendencia del consumo energtico26000 24000 22000 Ktep 20000 18000 16000 14000 12000 1998 2000 2002 2004 2006 eficiente 2008 2010 2012 2014 La tendencia manifestada en el consumo de energa de los edificios es claramente creciente base Documento E4 IDAE Sin acciones correctoras decididas el futuro es claramente INSOSTENIBLEHOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 5 Uso de energa en edificios y fases del ACV Materials 14 % Use 85 % Production and demolition 1% El uso del edifico es la fase crucial HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 6 Uso energa en las viviendas7% 10% La climatizacin (Calefaccin / Refrigeracin) representa el mayor consumo del edificio. Esta justificado ahorrar en donde el consumo es mayor. Algunos usos son independientes de la arquitectura del edifico. Es de menor eficacia intentar reducir en aquellos usos que son globalmente poco relevantes. 46% 16% 21% Climatizacion Cocina Agua Caliente Iluminacin Electrodomesticos Fuente IDAE 2004 HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 7 CLCULOS ENERGTICOS EN EDIFICIOS:Evaluar en fases de proyecto la Energa neta demandada por los edificios para Calefaccin y Refrigeracin con el fin de servir de base para un mejor diseo energtico de los edificios y su posterior calificacin. Propone dos mtodos: Mtodo Mensual Mtodo horario simplificado Mtodos dinmicos HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 8 Balance trmico edificios HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 9 La limitacin de la demanda El emplazamiento (climatologa) El diseo La orientacin. La transmisin trmica (aislamiento) La captacin solar (soleamiento) La ventilacin (renovacin de aire) Las ganancias internas (uso) Caractersticas dinmicas (inercia)HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 10 Climatologa / OrientacinEs un dato de partida que no puede modificarse pero debe onsiderarse: El grado de libertad del proyectista es muy limitado Comprende principalmente: Temperaturas (media / horaria) Radiacin Solar (media / horaria) Orientacin7.000 Inclinacin 25 500 450 16 14 12 6.000 20 400 350 Rad Solar 5.000 Rad.Solar W/m2 dia 15 4.000 Temp. 250 200 150 8 6 4 3.000 10 2.000 1005 1.000 50 0 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324 N E S W H Te(h) 0 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 0 Rad Horizontal Rad:Vertical (S) Rad.Vert (E) Rad.Vert (O) Rad.Vert (N) Temp HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 11 Climatologa / Orientacin1000 900 800 700 600 500 400 300 200 5 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 15 16 17 18 19 2021 22 23 24NORTE CUBIERTA ESTE SUR-ESTE SUR OESTE SUR-OESTE Te(h) 35 30 1000 900 Temperatura 300 10 35 30 25 20 15 10 5 ENERO (svq) 800 JUNIO (svq) 25 20 15 10 700 600 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 15 16 17 18 19 2021 22 23 24NORTE CUBIERTA ESTE SUR-ESTE SUR OESTE 0 0 SUR-OESTE Te(h) Todas las horas con Te < Tcal Equilibrio entre radiaciones SE; S y SO Ciertas horas con Te > Tref; otras con Te < Tref Preponderancia de la radiacin sobre cubiertas Simultanead T alta con Radiacin solar alta HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 12 DISEOLa compacidad del edifico determina el comportamiento trmico del mismo. Compacidad = Volumen encerrado / Superficie envolvente. El abuso de retranqueos, ngulos, cuerpos en vuelo,...dificulta la reduccin de la demanda energtica del edificio. HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 13 Energa en la edificacinSe trata de establecer balances durante un periodo de calculo sobre: Transmisin Trmica Captacin Solar DEMANDA ENERGTICA Renovacin de aire Aportaciones internas HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 14 La Transmisin TrmicaRepresenta la cantidad de calor que el edifico intercambia con el exterior u otros edificios debido a la diferencia de temperatura. Reducir la transmisin trmica evita las perdidas de calor en rgimen de invierno y evita el sobre-calentamiento en rgimen de verano. El grado de libertad del proyectista es casi ILIMITADO Reducir la transmisin es SIEMPRE FAVORABLE para limitar la demnada El aumento de AISLAMIENTO es clave para reducir la transmisin HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 15 Conductividad Trmica Cantidad de calor que atraviesa un material de: Superficie unitaria Espesor unidad Durante una unidad de tiempo Cuando la diferencia de temperatura es de una unidadUnidades: W/(mK) = 0,86 Kcal/(hmC) T=1 t=1 S=1 d=1 = = AISLAMIENTO AISLAMIENTO16 HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios Resistencia Trmica Rt Representa la dificultad que ofrece un producto (o capa) en dejarse atravesar por el calor.Es el resultado del binomio: Rt = Espesor / ConductividadUnidades: m2K/W = 1,16 m2hC/Kcal R R = = AISLAMIENTO AISLAMIENTO17 HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios Coeficiente Uparcial Representa la cantidad de calor que atraviesa un cerramiento debido a la diferencia de temperatura.Unidades: W/m2K = 0,86 Kcal/m2hC U U = = AISLAMIENTO AISLAMIENTO La R.trmica La R.trmica del del aislante aislante permite reducir permite reducir U UHOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 18 Casos habituales (UNE EN 6946)Cerramientos compactos Cerramientos con camara de aire Cerramientos con camara de aire ventilada Rse R1 R2 R3 Rsi Rse R1 R2 Rca R3 Rsi Rsi R1 R2 Rsi U= 1 Rsi + R + Rse U= 1 Rsi + Rint + Rca + Rext + Rse U= 1 Rsi + Rint + Rsi19 HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios Coeficiente Upromedio Representa la media ponderada de los diferentes elementos que forman el cerramiento. Deben considerarse todos los elementos con Si > 0,5 m2 U = (Si Ui) / SiCalculo de U: EN 6946 Elementos constructivos EN 13370 En contacto con terreno HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 20 Las AberturasUf Ug Uf Ug Uf Af Af Ag Af Ag l l Uw = (Ug*Ag + Uf*Af + *l) / (Ag+Af) No olvidar la importancia de los marcos HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 21 Puentes Trmicos Se asocia principalmente a las intersecciones entre elementos constructivos o a substanciales diferencias entre la geometra interior y exterior. Exige un calculo mediante elementos finidos en 2 Dimensiones Se obtiene el coeficiente de transmisin trmica lineal que debe aadirse a los superficiales Se obtiene el coeficiente fRsi de temperatura superficial f Rsi e = si i e si min HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 22 Ejemplos PTPILARES PERSIANAS FRENTE FORJADO JAMBAS HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 23 Tipos de Puentes termicosIntegrados: Forman parte de un cerramiento (presentan una superficie aparente) De contorno: Se forman por la interseccin de un cerramiento con otro HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 24 Transmisin trmica elementos opacosElementos exteriores opacos Elementos homogneos Ui = 1/ (Rsi + Ri + Rse) Discontinuidades U = (Si Ui) / SiCantidad de energa = S U (i-e) t Puntos fundamentales Aislamiento suficiente Minimizacin heterogeneidades Tratamiento puentes trmicos HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 25 Ejemplo3mOpaco Ui 0,59 1,11 2,41 0,61 Si 4,9 0,84 0,54 0,14 6,42 UiSi 2,89 0,93 1,30 0,08 5,2 l 3 3 0,81 2,7m Persiana Jambas Alfeizar U Frente F TOTAL L2D 1 l 3 6,42 8,2 1,27 La degradacin trmica provocada por los puentes trmicos lineales es suficientemente considerableHOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 26 Transmisin trmica elementos interioresElementos interioresTienen iguales consideraciones que los elementos exteriores pero con un salto trmico reducido El valor b depende del grado de exposicinOtras viviendas, Otros edificios, Zonas no acondicionadas, parking,... U = Up*b HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 27 Transmisin trmica globalTotal edificio Elementos exteriores Sex Uex Elementos interiores Sin Uin b Elementos transparentes Str Utr TOTAL HT = Sex Uex + Sin Uin b + Str UtrCantidad de energa = HT (i-e) t Positiva en verano y negativa en Invierno HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 28 Captacin solar Representa la capacidad de energa que el edifico recibe proveniente del sol. Un aumento de la capitacin solar es beneficioso en rgimen de inverno pero perjudicial en rgimen de verano. En climas mixtos Calefaccin / Refrigeracin debe combinarse una adecuada captacin en rgimen de invierno con una suficiente proteccin en rgimen de verano HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 29 Factor solar elementos transparentes Indica la cantidad de calor que atraviesa un cerramiento debido a la radiacin solar incidente. En elementos transparentes esta directamente relacionado con la transparencia En elementos opacos la radiacin se transforma en onda trmica que se transmite por conduccin a travs del cerramiento HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 30 Factor solar elementos opacosNORMA EN 13792 Con cmara de aire NO VENTILADA Sf = U Rse Con cmara de aire VENTILADA Sf = Rse Ue Ui /(Ue+Ui+6,7) = 0,3 Color Claro 0,6 Medio 0,9 Oscuro Cuando aumenta U (aislamiento bajo) aumenta Sf = Mayor cantidad de energa transmitida En un edificio bien aislado solo se consideran los elementos transparentes UN BUEN AISLAMIENTO PROTEGE TAMBIEN DEL CALOR HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 31 Protecciones solaresFactor de sombra cornisas (Fsc) Factor de sombra pantallas (Fsp) Factor de sombra horizonte (Fsh) HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 32 Ganancias solaresSe estiman a partir de: Superficie de captacin (A) Radiacin Solar Incidente (IS) Factor solar de las aberturas (FS) Factor de carpintera (Ff) Factor de proteccin de la abertura (Fc) Factor de sombras externas (Fsc*Fsp*Fsh) Qs = A IS FS Ff Fc Fsc Fsp Fsh t Factor solar modificado HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 33 Ejemplo3mUi Si 0,59 4,9 1,11 0,84 2,41 0,54 0,61 0,14 1,8 8,22 Fsi 0,014 0,027 0,058 0,015 0,7 SiFsi 0,069 5% 0,022 2% 0,031 2% 0,002 0% 1,260 91% 1,385 100% 1,2m 1,5 m Opaco Persiana Jambas Alfeizar Ventana U 2,7m El 90% de la captacin solar procede de los huecos HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 34 Renovacin de aireEl aire introducido en el edificio por estar a diferente temperatura provoca un flujo de calor HV = 0,34 n V n = numero de renovaciones hora V = Volumen del local Cantidad de energa = HV (i-e) t HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 35 La ventilacinRepresenta la cantidad de calor que el edifico intercambia debido al flujo de aire. No debe confundirse con el aislamiento. En ningn caso debe comprometer la salubridad En rgimen de invierno debe limitarse al mximo posible En rgimen de refrigeracin (en climas muy calidos) debe limitarse al mximo posible. En rgimen de refrigeracin en climas con potencial de enfriamiento debe limitarse en las horas calidas y aumentarse en las horas frias. La ventilacin debe asegurar la salubridad y el confort. El proyectista tiene solo una libertad moderada En general debe limitarse (excepto si es oportuna la ventilacin nocturna en verano) HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 36 Ganancias internas El uso del edificio (personas, equipos etc..) provoca unas aportaciones de calor. Se estima a partir del tipo de uso y la superficie til Qi = i * Sutil * t HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 37 Mtodo mensual prEN 13790 HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 38 Mtodo mensualSe fundamenta en un balance energtico en condiciones trmicas estacionarias en periodos de tiempo de un mes. Introducen el comportamiento dinmico del edificio mediante la utilizacin de factores tiles para las Aportaciones de calor Son poco flexibles en cuanto a las hiptesis (variacin da / noche de la temperatura, variacin da / noche de la ventilacin, variacin horaria de la ocupacin,....) Son muy adecuados como herramientas preliminares de diseo. La evaluacin en rgimen transitorio es solo aproximada HOD- Herramientas para la optimizacin de la demanda energtica de edificios 39 Balance energtico InviernoEDIFICIO SISTEMASEnergia renovable vertida a la red Energia renovable perdida (inefi...