LÓPEZ, M.; YÁÑEZ, A.; GOMES DA COSTA, S.; AVELLÀ, L., (Coord.). Actas del Congreso Internacional de Eficiencia Energética y Edificación Histórica / Proceedings of the International Conference on Energy Efficiency and Historic Buildings (Madrid, 29-30 Sep. 2014). Madrid: Fundación de Casas Históricas y Singulares y Fundación Ars Civilis, 2014. ISBN: 978-84-617-3440-5
Edited by
Fundación de Casas Históricas y Singulares Fundación Ars Civilis
Coordinated by
Mónica López Sánchez. Fundación Ars Civilis
Ana Yáñez Vega. Fundación de Casas Históricas y Singulares Sofia Gomes da Costa. Fundación de Casas Históricas y Singulares Lourdes Avellà Delgado. Fundación Ars Civilis
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PRESENTACIÓN ... 11
Eficiencia energética y edificación histórica: un reto del presente... 13
-Cristina Gutiérrez-Cortines y Mónica López Sánchez. Fundación Ars Civilis Eficiencia energética y edificación histórica: un reto del futuro ... 14
-Ana Yáñez Vega. Fundación de Casas Históricas y Singulares Committees ... 15
Programme ... 16
Governance, management, participation and mediation... 21
SUSTAINABLE ENERGY ACTION FOR WORLD HERITAGE MANAGEMENT ... 22
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-RICHARDS, A. ENERGY EFFICIENCY AND BUILDINGS WITH HERITAGE VALUES: REFLECTION, CONFLICTS AND SOLUTIONS ... 75
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materials, methodologies ... 99
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TORT-AUSINA, I.; VIVANCOS, J.L.; MARTÍNEZ-MOLINA, A.; MENDOZA, C. M.
TORT-AUSINA, I.: Dpto. Física Aplicada, ETS Ingeniería de Edificación, Universitat Politècnica de València. València – España. isatort@fis.upv.es
VIVANCOS, J.L.: Dpto. Proyectos Ingeniería, ETS Ingenieros Industriales. Universitat Politècnica de València. València – España. jvivanco@dpi.upv.es
MARTÍNEZ-MOLINA, A.: Doctorando, Dpto. Física Aplicada, Universitat Politècnica de València. València – España. anmarmo4@doctor.upv.es
MENDOZA, C. M.: Estudiante de Arquitectura, Universitat Politècnica de València. València – España. clmengme@arq.upv.es
RESUMEN
En esta comunicación se analiza energéticamente el edificio del Museo de Historia de Valencia (desde 2001), situado en Mislata (valencia, España). El edificio fue construido en 1850, como depósito general de aguas potables de la ciudad, manteniendo ese uso durante más de un siglo. Se trata de un bello ejemplo de la arquitectura industrial valenciana, considerado como la primera obra de ingeniería pública de la Valencia decimonónica, formado por un laberinto de doscientos cincuenta pilares y once bóvedas de medio punto realizadas con ladrillos de procedencia local.
Para el análisis energético se ha utilizado, en primer lugar, el programa informático Designbuilder, para el análisis y diseño de edificios energéticamente eficientes y sostenibles. Designbuilder utiliza la última versión del motor de simulación Energyplus para realizar los cálculos energéticos, siendo éste un motor de cálculo reconocido a nivel mundial, y en continuo desarrollo por el Departamento de Energía de los EEUU. Con este programa se ha realizado una simulación energética dinámica para analizar el comportamiento energético del museo. De este cálculo se han obtenido resultados de temperaturas y humedades interiores, ganancias internas como solares, de equipos etc., y demandas energéticas tanto de refrigeración como de calefacción.
En segundo lugar, se ha empleado el programa Ecotect Analysis, un simulador de edificaciones eficientes de forma interactiva y visual, que trabaja con datos meteorológicos del motor EnergyPlus, al igual que Designbuilder. Esto ha permitido tener datos de partida sin dispersión a la hora de hacer una comparativa posterior entre los resultados obtenidos del análisis con Designbuilder y Ecotect. Con este último se ha realizado un modelado de la vivienda y se han analizado las temperaturas interiores, a la vez que humedades, que son los factores que determinan el confort del edificio. También se ha realizado el estudio de la radiación solar incidente en los muros exteriores. Por último, se ha utilizado también el software CE3x de certificación energética, para poder comparar los resultados de demanda obtenidos.
Tras analizar los resultados obtenidos mediante distinto software, se ha podido comprobar las posibilidades de aplicación de cada una de las herramientas, y de comparación de resultados. Además ha permitido comprobar la importancia del modelado y simulación de edificios patrimoniales, como herramienta para introducir mejoras en el confort de los usuarios.
Palabras clave:Eficiencia energética, Edificio histórico, Simulación, Demanda energética.
ABSTRACT
- 250 -
example of the industrial Valencian architecture, considered as the first work of public engineering of the nineteenth-century Valencia, formed by a labyrinth of two hundred fifty pillars and eleven vaults realized with bricks of local origin.
For the energetic analysis the Designbuilder software has been used, for the analysis and design of energetically efficient and sustainable buildings. Designbuilder uses the last version of the engine of simulation Energyplus to realize the energetic calculations, being this one an engine of calculation recognized worldwide, and in continuous development by the Department of Energy of the USA. With this program an energetic dynamic simulation to analyze the energetic behavior of the museum has been realized.
From this calculation results of interior temperatures and humidity have been obtained, internal and solar gains, equipment gains etc., and energetic demands both of refrigeration and heating.
Secondly, the Ecotect Analysis software has been used, a simuator of efficient buildings of interactive and visual form, who works with meteorological information of the engine EnergyPlus, as Designbuilder. This has allowed us to have initial data with no dispersion so then a posterior comparative between the results obtained can be performed. A modelling of the building has been done with Ecotect and the interior temperatures and humidities have been analyzed, being those the factors determining the comfort inside the building. A study of the solar radiation in the exterior walls has been also done. And to finish, the software for energy certification CE3X has also been used, to compare the result of demand.
After analyzing the results obtained by different software, the possibilities of application of each one of the tools has been verified, and a comparison of results has been performed. In addition, it has allowed verifying the importance of the simulation of heritage buildings, as a tool to introduce improvements in the comfort of the users.
Key words:Energy efficiency, Historical building, Simulation, Energy demand.
1. INTRODUCCIÓN
Los edificios históricos por regla general consumen muchos recursos energéticos, y por lo tanto son muy caros de mantener. Las causas más comunes por las que su demanda energética es tan elevada son: la imposibilidad de aplicar métodos estandarizados de aislamiento de edificios, la pobre conservación de muchos de ellos, o el diferente uso actual respecto al original. La rehabilitación energética de los edificios históricos no solo necesita de un conocimiento del estado del edificio y de sostenibilidad, sino que resulta imprescindible tener en cuenta las exigencias de conservación del patrimonio histórico. Este tipo de edificios requieren un restaurador experto en estos trabajos y con un plan de actuación de restauración comprometido con la singularidad de la construcción [1].
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- 251 - Este estudio ha sido desarrollado mediante una profunda investigación de las características
del edificio y de su entorno. Para realizar este estudio los programas de simulación energética que se han utilizado son Designbuilder y Ecotect. Ambos comparten motor de simulación, EnergyPlus, desarrollado por el Departamento Estadounidense de Energía.
Mediante el Real Decreto 235/2013 se traspone parcialmente la Directiva 2010/31/UE del Parlamento y el Consejo Europeo [2], con la incorporación del procedimiento básico para certificar energéticamente edificios existentes. A pesar de excluirse del ámbito de aplicación los edificios patrimoniales, se deben certificar los edificios o partes de ellos donde la administración pública ocupe más de 250m2 y sean concurridos habitualmente por el público. Dado que el edificio está actualmente utilizado como museo por lo tanto cumple con las condiciones para su obligada certificación, se decidió incorporar al presente trabajo el estudio de la certificación del edificio de un museo, no tanto por la obtención del certificado en sí, sino para la comparación del software puesto a disposición por el Ministerio de Industria, Energía y Turismo en lo referente al cálculo de demanda del edificio.
2. METODOLOGÍA
2.1. Edificio objeto de estudio
El edificio analizado es actualmente el Museo de Historia de Valencia (MHV) [3], pero fue construido como un depósito de agua en 1850, siendo un magnífico ejemplo del patrimonio industrial valenciano, construido con ladrillo y bóvedas de cañón [4]. Fue restaurado en 2001 para albergar el MHV, su geometría es rectangular de una sola planta. El acceso principal se encuentra en la fachada norte (aproximadamente 5º al oeste del Norte) y no existen espacios separados en el interior.
Figura 1: Interior del edificio del MHV y acceso principal
Figura 2: Planta del edificio del MHV
- 252 - hueco, y cámara de aire sin ventilar de 18cm. Por lo tanto podemos concluir que existen dos tipos
de cerramientos verticales, además de la cubierta plana que cierra horizontalmente el MHV. Una de las limitaciones encontradas para los cálculos ha sido la definición constructiva de los muros de mampostería, puesto que al no encontrarse en las bases de datos de materiales que incorporan los diferentes programas, se ha tenido que asimilar a un muro en dos capas, asignando a cada una de ellas el porcentaje aproximado de cemento de cal y piedra que componen el muro original: cemento de cal (30%) y mampostería de piedra caliza (70%). La figura 3 muestra el detalle de la composición de los dos tipos de cerramiento vertical.
(a) (b) (c) (d) (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h)
(a) hoja de ladrillo hueco triple (b) cámara de aire
(c) cemento de cal (d) piedra caliza
(a) hoja de ladrillo hueco triple (b) cámara de aire
(c) cemento de cal (d) piedra caliza
(e) cámara de aire (f) Chapa (g) mortero
(h) piedra artificial
Figura 3: Composición fachadas sur, este y oeste (a la izquierda) y norte (a la derecha)
2.2. Programas empleados
Para el desarrollo del estudio sean han empleado dos programas de simulación energética en la edificación, DesignBuilder y Ecotect Analysis [5], y el programa de certificación energética CE3x. Designbuilder es un software de simulación energética de edificios que permite analizar todos los aspectos relativos a la eficiencia energética, confort, coste e impacto ambiental. Para este estudio se han introducido todos los datos obtenidos en la fase de recogida de datos y los requerimientos de confort necesarios tanto para los visitantes del MHV como para las piezas expuestas.
Ecotect en una herramienta completa de análisis medioambiental útil tanto para el proceso de diseño como para la intervención sostenible en edificios construidos proporcionando una simulación visual y minuciosa de la obra objeto de estudio y de su entorno.
CE3X es el Documento Reconocido por el Ministerio para la Certificación Energética de Edificios. Mediante este programa se puede certificar de una forma simplificada cualquier tipo de edificio, obteniendo una calificación que va de la A a la G.
3. RESULTADOS
3.1. Recogida de datos
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- 253 - Después de esta recogida de datos, se han utilizado diferentes programas de eficiencia
energética de edificios para su posterior análisis y comparación de resultados.
Tabla 1: Espesores de los elementos de la envolvente
MHV Espesor (m)
Muro exterior Sur 1,24 Muro exterior Este 1,24 Muro exterior Norte 2,80 Muro exterior Oeste 1,24
Cubierta plana 1,10
Suelo 0,85
3.2. Sombreamiento
La figura 4 muestra las representaciones de los edificios cercanos al MHV, realizadas con Ecotect y Designbuilder, los cuales han sido considerados para los cálculos como elementos de sombreado.
Figura 4: Entorno del MHV. Sombreamiento: Ecotect (izquierda) y Designbuilder (derecha)
Con Ecotect Analysis se han estudiado las sombras producidas por los edificios colindantes sobre la cubierta del museo a lo largo del año, como se muestra en la Figura 5. Como muestra la Figura 6, se aprecian las diferencias entre verano e invierno fundamentalmente en el extremo este de la cubierta del museo, que tal y como indica el código de colores de la figura, recibe más radiación en verano.
- 254 -
Figura 6: Radiación solar incidente en la cubierta del MHV en invierno (izquierda) y verano (derecha)
También, y para completar el análisis, se ha realizado el estudio de los vientos predominantes en la zona mediante Ecotect (Figura 7), pero debemos decir que en el caso de estudio no pueden aplicarse estrategias pasivas de ventilación natural debido a la ausencia de huecos (y a la imposibilidad de practicar nuevos).
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D e c e m b e r
Prevailing Winds
A v e ra g e W in d T e m p e ra tu re s L o c a t io n : V A L E N C I A , E S P (3 9 . 5 ° , -0 . 5 ° )
D a t e : 1 s t J a n u a ry - 3 1 s t D e c e m b e r T im e : 0 0 : 0 0 - 2 4 : 0 0
© W ea th er T oo l
Figura 7: Rosas de los vientos mensuales de la zona
3.2. Transmitancias
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Tabla 2: Transmitancias de los elementos de la envolvente
MHV Espesor (m) U (W/m2k)
Muro exterior Sur 1,24 0,623
Muro exterior Este 1,24 0,623
Muro exterior Norte 2,80 0,470
Muro exterior Oeste 1,24 0,623
Cubierta plana 1,10 0,150
Suelo 0,85 0,263
3.3. Demanda de calefacción y refrigeración
Se han calculado la demanda total [7], así como su distribución entre demanda de calefacción y refrigeración, con el objetivo de comparar los resultados ofrecidos por los tres programas (Tabla 3).
Tabla 3: Demandas de calefacción y refrigeración con distintos programas
Porgrama
Demanda calefacción (kWh/m2a)
Demanda calefacción (kWh/m2a)
Demanda total (kWh/m2a)
Designbuilder 20,66 31,92 52,58
Ecotect 20,04 21,96 42,00
CE3X 45,87 3,58 49,45
Como se aprecia en la Tabla, y gráficamente en la Figura 8, los resultados globales son muy similares, mientras que los resultados de demanda de calefacción y refrigeración son similares con Ecotect y Designbuilder, pero muy diferentes de los que nos muestra CE3x.
Figura 8.
Estas demandas han sido calculadas para un confort térmico interior para los visitantes del MHV con un estricto rango de temperaturas entre 20ºC y 23ºC. Además, estos límites tan exigentes permiten también estar dentro de los baremos óptimos para la conservación de las obras de arte [8]. Estas exigencias, al ser tan restrictivas, deberían incrementar la demanda energética del edificio enormenmente, pero según los resultados obtenidos se puede observar que el MHV funciona, en general, bastante bien energéticamente.
4. CONCLUSIONES
- 256 - Designbuilder, y el programa Ecotect Analysis, un simulador de edificaciones eficientes de forma
interactiva y visual, que trabaja con datos meteorológicos del motor EnergyPlus, al igual que Designbuilder. Además, se ha utilizado el software CE3x de certificación energética, para poder comparar los resultados de demanda obtenidos
A través de la comparativa se ha podido comprobar que la selección correcta del software es importante a la hora de interpretar los resultados. Pese a que ambas herramientas (Designbuilder y Ecotect Analysis) utilizan el mismo motor de cálculo se ha obtenido una dispersión entre ambos. Y aunque el software CE3X da un comportamiento similar a ambos hay que resaltar que el comportamiento cambia significativamente respecto a los que utilizan el motor de cálculo Energy +. Puesto que esta última da una importancia considerable a la calefacción, lo que implicaría utilizar estrategias para evitar pérdidas de calor y aumentar ganancias solares. Sin embargo las otras dos, presentan un comportamiento en el que existe una fuerte influencia de la demanda de refrigeración lo que implicaría un cambio en las estrategias a utilizar en el caso de mejorar el comportamiento o simular las medidas a aplicar. Además ha permitido comprobar la importancia del modelado y simulación de edificios patrimoniales, como herramienta para introducir mejoras en el confort de los usuarios.
5. REFERENCIAS
[1]. Grzegorz Woroniak & Joanna Piotrowska-Woroniak. (2014). Effects of pollution reduction and energy consumption reduction in small churches in Drohiczyn community. Energy and Buildings 72 (2014) 51-61.
[2]. Real Decreto 235/2013 (2013). Boletín Oficial del Estado. Sábado 13 de abril de 2013, Sección I, Página 27548.
[3]. Página oficial del Museo de Historia de Valencia http://www.valencia.es/mhv/cas/edificio.php
[4]. C. Balocco, G. Grazzini., (2007), Plant refurbishment in historical buildings turned into museum, Energy and buildings, Vol.39, 693-701.
[5]. N. Cardinale, G. Rospi, P. Stefanizzi., (2013), Energy and microclimatic performance of Mediterranean vernacular buildings: The Sassi district of Matera and the Trulli district of Alberobello, Building and environment, Vol.59, 590-598.
[6]. Moschella, A. Salemi, A. Lo Faro, G. Sanfilippo, M. Detommaso., (2013), Historic buildings in
Mediterranean area and solar thermal technologies: architectural integration vs preservation criteria, Energy procedia, Vol.42, 416-425.
[7]. F. Ascione, F. de Rossi, G.P. Vanoli., (2011), Energy retrofit of historical buildings: theoretical and experimental investigations for the modelling of reliable performance scenarios, Energy and buildings, Vol.43, 1925-1936.
[8]. D. Camuffo, P. Brimblecombe, R. Van Grieken, H.J. Busse, G. Sturaro, A. Valentino, A. Bernardi, N. Blades, D. Shooter, L. De Bock, K. Gysels, M. Wieser, O. Kim., (1999), Indoor quality at the Correr Museum, Venice, Italy, The science of the total environment, Vol. 236, 135-152.
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