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REHABILITACIÓN ENERGÉTICA DE LA FACHADA DOBLE FACHADA INTELLIGLASS VS SATE

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Academic year: 2021

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REHABILITACIÓN ENERGÉTICA DE LA FACHADA

DOBLE FACHADA INTELLIGLASS

VS

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REHABILITACIÓN ENERGÉTICA DE LA FACHADA

1. Simulación del comportamiento del edificio estado actual

- Datos de partida - Análisis de resultados

- Propuestas de mejora : comportamiento térmico de la fachada

2 . Mejora de la resistencia térmica de cerramientos opacos y transparentes

a) Estrategias pasivas : Sistema SATE

- Ahorros energéticos y reducción de GEI según espesor de aislamiento: 2-4-6-8 cm

- Flujo de caja con los distintos espesores propuestos : Inversión inicial y ahorros. b) Estrategias activas y pasivas : Sistema INTELLIGLASS

- ¿ Cómo funciona ? ¿qué pasa cuando el agua circula ? - Posibilidades de integrar sistema Intelliglass en fachada. - Propuesta

- Eficiencia del sistema

- Opción 1: El sistema parado, el agua no circula. Comparaciones con SATE - Opción 2 : El sistema hidraúlico en circulación

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1. Simulación del comportamiento del edificio estado actual

- Datos de partida - Análisis de resultados

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- Datos de partida_ubicación

Edifcio Nº 3 C/ Tuy C/ Rivadavia

Barrio de San José de Valderas. Alcorcón L 40º 22’ 32’’ Altitud : 690m

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- Datos de partida_ simulación

- Superficie útil por vivenda : 64 m2

- Superficie construida por planta : 1498 m2 - Sueperficie construida total : 7490 m2 - Ocupación : 4 personas por vivienda.

- Ganancia interna por iluminación : 8 W/m2 x 100 lux, luminarias suspendidas y programación de uso de 19 a 23.

- Ventilación natural y contínua durante todas las horas del año : 4 l / pers - Existencia de infiltarciones de 1 r.h

- Consumo energético de los aparatos elécticos que encontramos en la vivienda.

- Ganacia interna de los equipos eléctricos : 15 W/m2, programación de utilización de 8 h diarias

- ACS: 88 l/pers/día. Temperatura de entrega 65º. Programación de ocupación. Fuente generadora de calor caldera convencional de gas natural.

- Sistema de calefacción : calderas convencionales individuales de gas natural. Antigüedad de más de 25 años COP : 0,5 . Tipo : radiante-convectivo (fracción radiante de 0,3). Tª de

consigna 21º.

- No se ha considerado sistema de refrigeración.

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- Datos de partida_ simulación

Las soluciones constructivas de la envolvente térmica son las siguientes: CUBIERTA: U = 1,763 W/m2ºk

Forjado de 20 cm cerámico (autártico tipo “único”) Hormigón de pendiente con un mínimo de 10 cm. Capa de “polibreal”

Capa de hormigoncillo impermeabilizado 3cm, armado con tela metálica. Pavimento baldosín catalán

CERRAMIENTOS EXTERIORES: U = 3,018 W/m2ºk Enlucido de yeso e=2cm

Bloque de hormigón prefabricado relleno de hormigón. e =20cm Enfoscado de mortero de cemento e= 2cm en cara exterior.

SUELO SOBRE EL TERRENO: U = 1,635 W/m2ºk Forjado sanitario sobre cámara ventilada

Forjado de bovedillas cerámicas, incluida capa de compresión para una carga total de 400 Kg/cm2.

Material de agarre e = 5cm

Pavimento de baldosa hidráulica 25x25cm ACRISTALAMIENTOS : U = 5,6 W/m2ºk Vidrio sencillo de 4mm

Carpintería de aluminio sin R.P.T

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Análisis de resultados_ simulación

Consumo energético Casi la mitad de los consumos 47% provienen del sistema de calefacción

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Análisis de resultados_ simulación

Balance energético La mayores pérdidas de energía se producen en los muros exteriores.

El segundo punto más conflictivo son las pérdidas de enegía por las

infiltarciones del edificio ( 1 r/ h para edificios de más de 10 años)

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Propuestas de mejora _ comportamiento térmico de la fachada

1ª MEDIDA DE AHORRO Y MÁS EFECTIVA :

- Mejora de la resistencia térmica de de los cerramientos opácos de la envolvente térmica. 2ª MEDIDA

- Mejora de la permeabilidad al aire de la envolvente térmica

LO CONSEGUIMOS : AISLAMIENTO POR EL EXTERIOR, CON ESPECIAL CUIDADO EN LA EJECUCIÓN EN OBRA CON CINTAS ADHESIVAS RESITENTES PARA LAS ZONAS DÓNDE SE POSIBILITA LA ENTRADA DE AIRE EXTERIOR: unión entre premarco de ventanas y puertas con cerramientos exteriores, caja de persianas..

PERMEABILIDAD AL AIRE CONFIGURADA EN EL SIMULADOR POR LAS MEJORAS EXPUESTAS PASA DE SER DE 1 A O, 6 r/h

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2 . Mejora de la resistencia térmica de cerramientos opacos y transparentes

a) Estrategias pasivas : Sistema SATE

- Ahorros energéticos y reducción de GEI según espesor de aislamiento: 2-4-6-8 cm - Flujo de caja con los distintos espesores propuestos : Inversión inicial y ahorros.

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Sistema SATE_Ahorros energéticos Ahorros conseguidos según espesor de aislamiento térmico que instalamos por el exterior

- Aislamiento térmico utilizado poliestireno expandido (E.P. S ) - Conductividad térmica: 0,037 W/m2 K

Obtenemos unas transmitancias térmicas con los muros exteriores rehabilitados : e = 2 cm U : 0,840 W/ m2 K

e = 4 cm U : 0,646 W/ m2 K e = 6 cm U : 0,446 W/ m2 K e = 8 cm U : 0,361 W/ m2 K

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Sistema SATE_Ahorros energéticos

Podemos observar que los mayores ahorros se consiguen en la solución de aislamiento térmico de 0 a 2 cm y de 2 a 4cm , después la línea se va convirtiendo en una asíntota horizontal.

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Sistema SATE_Flujo de caja

Para estudiar la solución más rentable se ha realizado un estudio de flujo de caja con cada uno de los espesores propuestos.

Para ello se ha tenido en cuenta la inversión inicial y los ahorros energéticos anuales que obtenemos con cada espesor

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2 . Mejora de la resistencia térmica de cerramientos opacos y transparentes

b) Estrategias activas y pasivas : Sistema INTELLIGLASS - ¿ Cómo funciona ? ¿qué pasa cuando el agua circula ? - Propuesta

- Otras posibilidades de integrar sistema Intelliglass en fachada. - Eficiencia del sistema

- Opción 1: El sistema parado, el agua no circula. Comparaciones con Sistema SATE - Opción 2 : El sistema hidraúlico en circulación

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Sistema INTELLIGLASS_ cómo funciona ?

TODA LA RADIACIÓN SOLAR ( EN TODOS SUS ESPECTROS) SE CONVIERTE EN CALOR AL SER ABSORVIDA POR ELEMENTOS DE CERRAMIENTO DE FACHADA

EL VIDRIO FILTRA LA RADIACIÓN ULTRAVIOLETA Y PARTE DEL INFRARROJO, EL AGUA FILTRA PRÁCTICAMENTE TODO EL INFRARROJO, ENTONCES A TRAVÉS DE UN ACRISTALAMIENTO CON CÁMARA DE AGUA SOLO ENTRA RADIACIÓN DEL ESPECTRO VISIBLE

ULTRAVIOLETA λ < 400nm VISIBLE 400 < λ < 700nm INFRARROJOS λ > 700nm VIDRIO : OPACO VIDRIO : TRANSPARENTE VIDRIO : TRANSPARENTE AGUA : TRANSPARENTE AGUA : TRANSPARENTE AGUA : OPACA

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Sistema INTELLIGLASS_ cómo funciona ?

Cerramiento constituido por láminas transparentes ó traslúcidas que forman una cámara por la que puede circular o permanecer agua en reposo, dependiendo de las necesidades de captación solar, calefacción o refrigeración.

Para la circulación del líquido esta cámara estará conectada a un circuito impulsado por una bomba que acccionada intermitentemente por un sistema domótico, recirculará el líquido por dicha cámara.

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Sistema INTELLIGLASS_ qué pasa cuando el agua circula?

En un vidrio con cámara de agua lo que ocurre es que al absorber el agua más radiación infrarroja que el vidrio, disminuye la radiación total incidente, como un 55% de lo que penetra en el espacio. Ha disminuido el efecto invernadero pero no se ha eliminado.

El calor es absorbido por el agua, y después de haber eliminado es ganancia térmica, puede ser aprovechado para otros sistemas de precalentamiento de agua.

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Sistema INTELLIGLASS_ qué pasa cuando el agua circula?

Al circular agua , la temperatura exterior deja de ser relevante a lo hora de determinar el flujo de calor que atraviesa un Radiaglass.

La energía aportada o eliminada por los paneles de vidrio, es proporcional a la diferencia de temperaturas entre el agua en circulación y la temperatura interior

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Sistema INTELLIGLASS_ Posibilidades de integrar en fachada

a) Unidad de ventana completa planteada como sustitución de hueco obsoleto o con necesidad de ser cambiado.

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Sistema INTELLIGLASS_ Posibilidades de integrar en fachada

b) Doble ventana alineada con fachada. Se propone exterior para eludir la complejidad de acoplamiento que el universo de soluciones tradicionales nos plantea.

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Sistema INTELLIGLASS_ Posibilidades de integrar en fachada

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Sistema INTELLIGLASS_ Posibilidades de integrar en fachada _PROPUESTA

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Sistema INTELLIGLASS_ Posibilidades de integrar en fachada _PROPUESTA

Fachada sureste : Balcón corrido Fachada noroeste : Fachada ventilada

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Sistema INTELLIGLASS_ Posibilidades de integrar en fachada _PROPUESTA

PANEL DE VIDRIO CON APERTURA 6+6 / 16 AIRE / 6+6 / 16 AGUA / 6+6

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Sistema INTELLIGLASS- Eficiencia del sistema

Al disponer de MAYOR SUPERFICIE DE INTERCAMBIO DE RADIACIÓN: EL APORTE DE ENERGIA

NECESARIO PARA CALENTAR O ENFRÍAR ES MENOR. Debido a la REDUCCIÓN DE SALTO TÉRMICO, EL COP DE LA BOMBA GEOTÉRMICA AUMENTA. Funcionamiento similar al de un suelo radiante pero con la ventaja de que en invierno me aprovecho de las ganacias de energía solar y en verano reducimos el aporte solar al no tener radiación directa hacia los huecos.

INVIERNO : VERANO :

TEXT: 6º Tº SALIDA DEL AGUA 45º COP BOMBA: 2,8 TEXT: 35º Tº SALIDA DEL AGUA 7º COP BOMBA: 2,5

TEXT: 6º Tº SALIDA DEL AGUA 35º COP BOMBA: 3,8 TEXT: 35º Tº SALIDA DEL AGUA 18º COP BOMBA: 2,75

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Sistema INTELLIGLASS - Opción 1: El sistema parado, el agua no circula, se encuentra parada en el interior de la cámara. Foco de calor GEOTERMIA

SIMULACIÓN TÉRMICA:

Se ha realizado con el sistema parado sin circulación de agua, ya que con circulación de agua debería haber diseñado un detallado HTC que tendríamos que configurar en energy plus, con programaciones, en el curso no hemos llegado a estudiar.

DATOS DE PARTIDA:

VALOR DE U RADIAGLASS: 0,58 W/ m2K SATE 4CM: O,64 SATE 6CM:0,44 CM TEMPERATURA DE CONSIGNA CALEFACCIÓN: 21 º

TEMPERATURA DE CONSIGNA REFRIGERACIÓN: 23,5 COMBUSTIBLE: ELECTRICIDAD

COP DE LA BOMBA (de calor geotérmica): 4

Hemos cambiado el input de las instalaciones de climatización con respecto a las utilizadas en SATE, (antiguas calderas individuales convencionales de gas natural) por una bomba geotérmica, introduciendo únicamente los datos de combustible y COP de la bomba. El comportamiento térmico del terreno como acumulador de energía no lo puedo diseñar en Design Builder.

Si hubiéramos mantenido la antigua instalación ya que la U de nuestro nuevo cerramiento es de 0,58 W/ m2K y SATE 4CM: O, 64 SATE 6CM: 0,44 CM. Los ahorros conseguidos estarían entre un SATE 4 CM y un SATE 8CM.

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Sistema INTELLIGLASS - Opción 1: El sistema parado, el agua no circula, se encuentra parada en el interior de la cámara. Foco de calor GEOTERMIA

Radiaglass SATE 8cm SATE 2cm

Consumimos mucho más en generar electricidad para el espacio e iluminación que en generar calor.

Comparando gráficas observamos que la generación de calor a través de la bomba geotérmicca es de 4616,88 , un 82% menos que la solución de aislamiento con fachada SATE 8cm y un 87%

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Sistema INTELLIGLASS - Opción 1: El sistema parado, el agua no circula, se encuentra parada en el interior de la cámara. Foco de calor GEOTERMIA

CONCLUSIONES:

- EN INVIERNO GRACIAS A LAS GANANCIAS SOLARES Y A LA INERCIA TÉRMICA DEL TERRENO LOS CONSUMOS DE COMBUSTIBLE SON MUY REDUCIDOS.

- EN VERANO DISMINUIMOS LA RADIACIÓN DIRECTA YA QUE RADIAGLASS CONSIGUE

UN FACTOR SOLAR DE 0,3 .

AL REDUCIR LAS CARGAS TÉRMICAS Y CON LA INERCIA TÉRMICA ACUMULADA CONSEGUIMOS CONFORT CON MUY POCA REFRIGERACIÓN

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Sistema INTELLIGLASS - Opción 2: Agua en circulación. Foco de calor GEOTERMIA

El sistema cuenta con dos circuitos: primario y secundario

SISTEMA PRIMARIO: bomba de circulación y un intercambiador geotermico, ( bomba de calor geotermica ) para calentar o enfríar agua. Intercambia, almacena y disipa la energía que

capta o cede el sistema secundario, ya sea de calefacción o enfriamiento. .

SISTEMA SECUNDARIO : circulador que distribuye el agua tratada por colectores y que llega a

las unidades terminales, los vidrios de fachada. - Los fluidos de los circuitos no se mezclan.

- Vidrios ya vienen preparados con el orificio de entrada y salida .

- Perfilería que lleva ya integrados los tubos de agua que lo abastecen.

- Conexión entre el interior de la cámara y la tubería se hace por medio de una pieza especial que

se adapta al perfil separador de los vidrios.

- Perfil cuenta con unas perforaciones diseñadas en función del caudal de agua que circula por todas las superficies radiantes del proyecto.

- El líquido atraviesa los orificios de salida y es recogido por el distribuidor de tubo de 32mm. - La salida del colector está conectada a una bomba de circulación, la cual impulsa el líquido

hasta el intercambiador de calor dónde se disminuye ó eleva su tempertura. - La conexión con las tuberías es posterior a la instalación del vidrio.

- El controlador de la temperatura interior se realiza desde una centralita ( escondida en un armario

registrable que regula tanto la temperatura de impulsión y retorno del agua, como el caudal de los vidrios.

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Sistema INTELLIGLASS - Opción 2: Agua en circulación. Foco de calor GEOTERMIA

La red hidraúlica consta de tres circuladores por vivienda. Cada uno de estos circuladores está conectado a un grupo de paneles que se distribuyen por altura conectando tanto los paneles de fachada sureste con los paneles de fachada noroeste. Circulador 1; abastece a paneles que están por debajo de la línea de ventana, circulador 2; abastece a paneles que se encuentran a la altura de la ventana y circulador 3; abastece a paneles colocados por encima de la línea de ventanas. El circulador se encuentra situado en un armarito registrable en el salón de 40 cm de ancho.

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Sistema INTELLIGLASS - Opción 2: Agua en circulación. Foco de calor GEOTERMIA

HOMOGEINIZACIÓN DE FACHADAS:

Los paneles de vidrio de la fachada Sureste están conectados en serie con los paneles de vidrio de la fachada Noroeste así conseguiremos una distribución de temperaturas uniforme con lo que se eliminan las zonas frías o calientes y se genera una emisión de calor muy uniforme en todo el edificio.

INERCIA TÉRMICA DE FACHADAS:

El cerramiento es ligero y sin embargo la inercia térmica es variable en función de la circulación del agua. De esta forma estamos sustituyendo los elementos másicos del edifico por un foco

geotérmico de temperatura estable. El ahorro energético así consguido es enorme.

Aumenta la inercia térmica de la vivienda, ya que las condiciones ambientales del recinto son prácticamente constantes independientemente de la variación de las condiciones exteriores sin requerir prácticamente aportes de frío o calor.

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Sistema INTELLIGLASS - Opción 2: Agua en circulación. Foco de calor GEOTERMIA

DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DE DISEÑO:

A partir de las condiciones interiores de confort se calculan los caudales de diseño. VERANO: CARGA TÉRMICA 724,4 W/ m2 POR RADIACIÓN SOLAR DIRECTA Q : io x ά x S

NOROESTE Q : 724 W/ m2 x 21m2 x 0,5 = 7602 W SURESTE Q : 800 W/ m2 x 27m2 x 0,5 = 10800 W CAUDAL NECESARIO POR METRO CUADRADO:

CAUDAL : i0 / C AT P dónde AT es el salto en la geotermia: 8ºC. CAUDAL: 1,29 l/min/m2 = 1,3 l/min/m2

Todo el cálculo posterior se hace en función de este caudal máximo.

Definiendo el caudal máximo 1,3 l/min por el distribuidor circulan 31,2 l/min y por cada rama deben circular como máximo 7,2 l/ min. Por la tubería de 32mm

pueden circular como máximo 32 litros/min y por tanto en ningún momento se sobrepasa el límite y las pérdidas de carga permanecen acotadas. El límite para la tubería de 20 mm se encuentra en 8 l/min, límite que no es superado en

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Sistema INTELLIGLASS - Opción 2: Agua en circulación. Foco de calor GEOTERMIA

SISTEMA GEOTÉRMICO:

Aprovechamosl a energía inherente del subsuelo que es capaz de mantener a una cierta profundidad la temperatura constante durante todo el año.

El sistema se compone de sondas de capatación ( tubos de polietileno de alta densidad) cuya función es el intercambio de calor con la tierra.

El sistema de captación previsto será cerrado y de tipología vertical, es decir se ejecutarán pozos para la instalación de sondas de aproximadamente 100 metros de profundidad cada una y el circuito de conexión con el

intercambiador se alojará en un patio inglés junto a la excavación de las sondas. CONDICIONES INTERIORES DE CONFORT:

Verano: Temperatura operativa 23º- 25º Humedad relativa 45 - 60% Invierno: Temperatura operativa 21º- 23º Humedad relativa 40 -50% CARGAS TÉRMICAS INVIERNO : 118.706,49 kWh

CARGAS TÉRMICAS VERANO : 69598,8 KWh DEMANDA DE CALEFACCIÓN : 120.000 KW/h

POTENCIA CALORÍFICA DEL TERRENO: 40 / 60 W POR METRO DE PROFUNDIDAD. NECESARIOS : 24 POZOS : 2400 METROS ( tomando 50 W/ m de profundidad.)

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Sistema INTELLIGLASS - Opción 2: Agua en circulación. Foco de calor GEOTERMIA

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Sistema INTELLIGLASS - Opción 2: Agua en circulación. Foco de calor GEOTERMIA

Opción 2_ sondas horizontales formando espiras :

Necesitamos una potencia baja pero tener mucho espacio disponible. Se llama configuración Slinky, es una variante de la horizontal consistente en disponer la tubería formando bucles o espiras. Se emplea para la mayor longitud de intercambiador con la menor esxcavación posible.

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Sistema INTELLIGLASS - Opción 2: Agua en circulación. Foco de calor GEOTERMIA

ESQUEMA DE PRINCIÌO

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Referencias

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