UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA
Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial
ESTUDIO DE OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA DE UNA VIVIENDA
UNIFAMILIAR SEGÚN ZONAS CLIMÁTICAS DE ESPAÑA
TRABAJO FIN DE GRADO
GRADO EN INGENERÍA EN TECNOLOGÍAS INDUSTRIALES
Autor: Miguel Casquet Romera Director: Ana Mª Nieto Morote
Cartagena, 11 de Febrero de 2022
1
ÍNDICE
ÍNDICE DE IMÁGENES... 5
ÍNDICE DE TABLAS ... 10
RESUMEN ... 11
SUMMARY ... 11
AGRADECIMIENTOS ... 11
1. Descripción de los objetivos del proyecto y presentación de la organización. ... 12
1.1. Descripción de los objetivos. ... 12
1.2. Motivaciones por parte del autor. ... 12
1.3. Organización del proyecto. ... 12
2. Eficiencia, certificado energético, arquitectura bioclimática y normativa. ... 13
2.1. Definición de eficiencia energética. ... 13
2.2. Ventajas y desventajas. ... 13
2.3. Definición de certificado energético. ... 13
2.4. Tipos de edificios eficientes. ... 14
2.5. Arquitectura bioclimática. ... 14
2.6. Normativa utilizada para el desarrollo del proyecto. ... 15
3. Medidas a implementar en un edificio para disminuir su consumo energético. ... 16
3.1. Medidas activas. ... 16
3.1.1. Medidas activas de climatización, calefacción y ACS. ... 16
3.1.2. Medidas activas de iluminación. ... 19
3.1.3. Energías renovables. ... 21
3.2. Medidas pasivas. ... 26
3.2.1. Medidas pasivas relacionadas con la arquitectura general de la vivienda. ... 26
3.2.2. Medidas pasivas de refrigeración. ... 36
3.2.3. Medidas pasivas de calefacción. ... 40
4. Representación gráfica y definición constructiva y de los sistemas de la vivienda. ... 43
4.1. Planos y representación gráfica de la vivienda de estudio. ... 43
4.2. Definición constructiva y de los sistemas de la vivienda. ... 49
5. Definición de las diferentes ubicaciones de análisis. ... 62
5.1. Ubicación 1. Aljariz, Antas (Almería). Zona climática B. ... 62
5.2. Ubicación 1. Lepe (Huelva). Zona climática A. ... 64
5.3. Ubicación 3. Badalona (Barcelona). Zona Climática C. ... 66
5.4. Ubicación 4. Armuña (Segovia). Zona Climática D. ... 68
5.5. Ubicación 5. Ponferrada (León). Zona climática E. ... 70
2
6. Certificación de la vivienda de estudio en las diferentes zonas climáticas. ... 73 6.1. Certificación energética de la vivienda original en la zona climática B4 (Aljariz). ... 73 6.2. Certificación energética de la vivienda original en la zona climática A4 (Lepe). ... 73 6.3. Certificación energética de la vivienda original en la zona climática C2 (Badalona).
73
6.4. Certificación energética de la vivienda original en la zona climática D2 (Armuña). 74 6.5. Certificación energética de la vivienda original en la zona climática E1 (Ponferrada).
74
7. Análisis energético de la vivienda con implementación de medidas pasivas en las
diferentes zonas climáticas. ... 75 7.1. Implementación de cubierta vegetal... 75
7.1.1. Certificación energética de la vivienda con cubierta vegetal en la zona
climática B4 (Aljariz). ... 76 7.1.2. Certificación energética de la vivienda con cubierta vegetal en la zona
climática A4 (Lepe). ... 76 7.1.3. Certificación energética de la vivienda con cubierta vegetal en la zona
climática C2 (Badalona). ... 77 7.1.4. Certificación energética de la vivienda con cubierta vegetal en la zona
climática D2 (Armuña). ... 77 7.1.5. Certificación energética de la vivienda con cubierta vegetal en la zona
climática E1 (Ponferrada)... 77 7.2. Cambio en el color de los elementos de la vivienda. ... 78
7.2.1. Certificación energética de la vivienda con cambio de color de las fachadas y cubierta en la zona climática B4 (Aljariz). ... 79 7.2.2. Certificación energética de la vivienda con cambio de color de las fachadas y cubierta en la zona climática A4 (Lepe). ... 79 7.2.3. Certificación energética de la vivienda con cambio de color de las fachadas y cubierta en la zona climática C2 (Badalona)... 79 7.2.4. Certificación energética de la vivienda con cambio de color de las fachadas y cubierta en la zona climática D2 (Armuña). ... 80 7.2.5. Certificación energética de la vivienda con cambio de color de las fachadas y cubierta en la zona climática E1 (Ponferrada). ... 80 7.3. Implementación de protecciones solares. ... 80
7.3.1. Certificación energética de la vivienda con la instalación de persianas en la zona climática B4 (Aljariz). ... 81 7.3.2. Certificación energética de la vivienda con la instalación de persianas en la zona climática A4 (Lepe). ... 82 7.3.3. Certificación energética de la vivienda con la instalación de persianas en la zona climática C2 (Badalona). ... 82
3
7.3.4. Certificación energética de la vivienda con la instalación de persianas en la zona climática D2 (Armuña). ... 82 7.3.5. Certificación energética de la vivienda con la instalación de persianas en la zona climática E1 (Ponferrada). ... 83 7.4. Cambio de las ventanas, cristaleras y puerta de entrada. ... 83
7.4.1. Certificación energética de la vivienda con cambio de ventanas, cristaleras y puerta de entrada en la zona climática B4 (Aljariz). ... 86 7.4.2. Certificación energética de la vivienda con cambio de ventanas, cristaleras y puerta de entrada en la zona climática A4 (Lepe). ... 86 7.4.3. Certificación energética de la vivienda con cambio de ventanas, cristaleras y puerta de entrada en la zona climática C2 (Badalona). ... 86 7.4.4. Certificación energética de la vivienda con cambio de ventanas, cristaleras y puerta de entrada en la zona climática D2 (Armuña). ... 87 7.4.5. Certificación energética de la vivienda con cambio de ventanas, cristaleras y puerta de entrada en la zona climática E1 (Ponferrada). ... 87 7.5. Introducción de aislante en el interior del cerramiento. ... 88 7.5.1. Certificación energética de la vivienda con inyección de material aislante en la cámara de aire en la zona climática B4 (Antas). ... 89 7.5.2. Certificación energética de la vivienda con inyección de material aislante en la cámara de aire en la zona climática A4 (Lepe). ... 89 7.5.3. Certificación energética de la vivienda con inyección de material aislante en la cámara de aire en la zona climática C2 (Badalona)... 89 7.5.4. Certificación energética de la vivienda con inyección de material aislante en la cámara de aire en la zona climática D2 (Armuña). ... 90 7.5.5. Certificación energética de la vivienda con inyección de material aislante en la cámara de aire en la zona climática E1 (Ponferrada). ... 90 8. Resultados del análisis energético de calefacción y refrigeración de la vivienda con implementación de medidas pasivas en cada una de las zonas climáticas. ... 91
8.1. Resultados del análisis energético de calefacción y refrigeración de la vivienda con cubierta vegetal. ... 91 8.2. Resultados del análisis energético de calefacción y refrigeración de la vivienda con cambio en el color de los cerramientos. ... 91 8.3. Resultados del análisis energético de calefacción y refrigeración de la vivienda con la instalación de persianas. ... 92 8.4. Resultados del análisis energético de calefacción y refrigeración de la vivienda con el cambio de ventanas, cristaleras y puerta principal. ... 92 8.5. Resultados del análisis energético de calefacción y refrigeración de la vivienda con la mejora de los cerramientos. ... 93 9. Conclusiones obtenidas a partir del análisis de cada medida pasiva en cada una de las zonas climáticas. ... 94
4
10. Certificación energética de la vivienda con la implantación simultánea de las medidas pasivas recomendadas y análisis de los resultados... 98
10.1. Certificación energética de la vivienda con la implantación de las medidas
pasivas recomendadas. ... 98 10.1.1. Certificación energética de la vivienda con la implantación simultánea de las medidas pasivas recomendadas en la zona climática B4 (Aljariz). ... 98 10.1.2. Certificación energética de la vivienda con la implantación simultánea de las medidas pasivas recomendadas en la zona climática A4 (Lepe). ... 98 10.1.3. Certificación energética de la vivienda con la implantación simultánea de las medidas pasivas recomendadas en la zona climática C2 (Badalona). ... 99 10.1.4. Certificación energética de la vivienda con la implantación simultánea de las medidas pasivas recomendadas en la zona climática D2 (Armuña). ... 99 10.1.5. Certificación energética de la vivienda con la implantación simultánea de las medidas pasivas recomendadas en la zona climática E1 (Ponferrada). ... 99 10.2. Análisis de los resultados con la implantación de las medidas pasivas
recomendadas en la vivienda. ... 100 11. Bibliografía. ... 101
5 ÍNDICE DE IMÁGENES
Imagen 3.1.1.1. Suelo radiante por agua caliente y eléctrico………17
Imagen 3.1.1.2. Sistema de ventilación mecánica de simple flujo en vivienda unifamiliar…..17
Imagen 3.1.1.3. Recuperador de calor funcionando en invierno……….18
Imagen 3.1.1.4. Fachada ventilada activa………19
Imagen 3.1.2.1. Protecciones solares exteriores……….20
Imagen 3.1.2.2. Ventanas automáticas……….21
Imagen 3.1.3.1. Partes de una célula fotovoltaica……….22
Imagen 3.1.3.2. Fachadas solares o instalaciones verticales fotovoltaicas………..22
Imagen 3.1.3.3. Energía solar térmica vs fotovoltaica……….23
Imagen 3.1.3.4. Instalación energía solar térmica..………..23
Imagen 3.1.3.5. Instalación energía geotérmica con suelo radiante.………24
Imagen 3.1.3.6. Instalación de sistema de aerotermia………24
Imagen 3.1.3.7. Instalación energía minieólica………25
Imagen 3.1.3.8. Instalación de biomasa con caldera de pélets……….25
Imagen 3.2.1.1. Representación de vivienda orientada hacia el este………..27
Imagen 3.2.1.2. Formas más adecuadas de la vivienda en función del clima……….28
Imagen 3.2.1.3. Puente térmico por interrupción del aislante y solución con la instalación de aislamiento térmico por el exterior (SATE)……….28
Imagen 3.2.1.4. Solución ante corrientes de aire en vivienda………29
Imagen 3.2.1.5. Ventilación natural cruzada……….30
Imagen 3.2.1.6. Distintas formas de colocar la entrada de iluminación natural………..31
Imagen 3.2.1.7. Aislamiento térmico en tuberías………..32
Imagen 3.2.1.8. Diferentes formas de aislar una fachada………33
Imagen 3.2.1.9. Funcionamiento de fachada ventilada……….34
Imagen 3.2.1.10. Valores de absortividad en función del color y su tonalidad……….34
Imagen 3.2.1.11. Algunos tipos de vidrios con su coeficiente de transmitancia térmica………35
Imagen 3.2.1.12. Transmitancia térmica global de las ventanas en función del material……..36
Imagen 3.2.2.1. Patio interior en vivienda………..36
Imagen 3.2.2.2. Funcionamiento sistema Ecooler……….37
Imagen 3.2.2.3. Toldo y árbol de hoja caduca como protecciones solares………37
Imagen 3.2.2.4. Funcionamiento de aleros……….38
Imagen 3.2.2.5. vivienda con técnica de arquitectura enterrada………38
Imagen 3.2.3.1. Funcionamiento invernadero adosado en invierno……….40
Imagen 3.2.3.2. Galería acristalada en vivienda……….………41
Imagen 3.2.3.3. Funcionamiento muro trombe ventilado………41
Imagen 3.2.3.4. Funcionamiento muro trombe no ventilado………41
6
Imagen 4.1.1. Plano de emplazamiento inicial de la vivienda………43
Imagen 4.1.2. Plano en planta de la vivienda………44
Imagen 4.1.3. Fachada principal (este) en HULC.………45
Imagen 4.1.4. Fachada oeste en HULC………45
Imagen 4.1.5. Fachada norte en HULC………45
Imagen 4.1.6. Fachada sur en HULC……….………45
Imagen 4.1.7. Fachadas sur y este en HULC………46
Imagen 4.1.8. Fachadas norte y este en HULC………..………46
Imagen 4.1.9. Fachadas sur y oeste en HULC……….………..………46
Imagen 4.1.10. Fachadas norte y oeste en HULC……….………..………46
Imagen 4.1.11. Vista en planta de la vivienda en HULC………..…………..…………47
Imagen 4.1.12. Tabiquería interior vista desde la fachada principal en HULC………47
Imagen 4.1.13. Vista aérea de la vivienda desde la unión entre las fachadas sur y oeste en HULC………..……….…47
Imagen 4.1.14. Fachada principal……….………….………..………48
Imagen 4.1.15. Fachada oeste….……….………..………48
Imagen 4.1.16. Fachada sur….….……….………..………48
Imagen 4.1.17. Fachadas sur y oeste…..……….………..………48
Imagen 4.2.1. Representación de las ventanas………50
Imagen 4.2.2. Representación ventana del baño………51
Imagen 4.2.3. Representación de los ventanales del dormitorio principal y la cocina………….51
Imagen 4.2.4. Representación de la cristalera pequeña………52
Imagen 4.2.5. Representación de los ventanales de la cristalera grande………..53
Imagen 4.2.6. Características del vidrio de la vivienda tipo………..……….53
Imagen 4.2.7. Especificaciones técnicas del marco de aluminio serie 100………54
Imagen 4.2.8. Permeabilidad al aire de una ventana en función de su clase………..54
Imagen 4.2.9. Especificaciones técnicas de la puerta de entrada………55
Imagen 4.2.10. Representación de la puerta de entrada………..55
Imagen 4.2.11. Valores de absortividad en función del color y su tonalidad…..………56
Imagen 4.2.12. Orientación y forma de la parcela……….57
Imagen 4.2.13. Orientación de la vivienda en HULC……….58
Imagen 4.2.14. Características técnicas y curva característica del sistema de ventilación…...59
Imagen 4.2.15. Valores mínimos de ocupación para el cálculo del ACS en uso residencial privado……….60
Imagen 4.2.16. Temperatura diaria media del agua fría en cada mes……….60
Imagen 4.2.17. Características técnicas de acumuladores de ACS del fabricante Fagor…..…..61
Imagen 5.1.1. Diagrama de temperatura media anual de Antas……….63
7
Imagen 5.1.2. Diagrama de horas de sol promedio en Antas……….63
Imagen 5.2.1. Diagrama de temperatura media anual de Lepe………65
Imagen 5.2.2. Diagrama de horas de sol promedio en Lepe………65
Imagen 5.3.1. Diagrama de temperatura media anual de Badalona……….67
Imagen 5.3.2. Diagrama de horas de sol promedio en Badalona………67
Imagen 5.4.1. Diagrama de temperatura media anual de Armuña………69
Imagen 5.4.2. Diagrama de horas de sol promedio en Armuña………69
Imagen 5.5.1. Diagrama de temperatura media anual de Ponferrada………71
Imagen 5.5.2. Diagrama de horas de sol promedio en Ponferrada………71
Imagen 6.1.1. Certificación energética de la vivienda original en zona climática B4……….73
Imagen 6.2.1. Certificación energética de la vivienda original en zona climática A4……….73
Imagen 6.3.1. Certificación energética de la vivienda original en zona climática C2……….73
Imagen 6.4.1. Certificación energética de la vivienda original en zona climática D2……….74
Imagen 6.5.1. Certificación energética de la vivienda original en zona climática E1……….74
Imagen 7.1.1.1. Certificación energética de la vivienda con cubierta vegetal en zona climática B4………76
Imagen 7.1.2.1. Certificación energética de la vivienda con cubierta vegetal en zona climática A4. ………76
Imagen 7.1.3.1. Certificación energética de la vivienda con cubierta vegetal en zona climática C2. ………77
Imagen 7.1.4.1. Certificación energética de la vivienda con cubierta vegetal en zona climática D2. ………77
Imagen 7.1.5.1. Certificación energética de la vivienda con cubierta vegetal en zona climática E1. ………77
Imagen 7.2.1. Cambio en los valores de absortividad en las fachadas y cubierta………..78
Imagen 7.2.1.1. Certificación energética de la vivienda con cambio de color de fachadas en zona climática B4……….79
Imagen 7.2.2.1. Certificación energética de la vivienda con cambio de color de fachadas en zona climática A4……….79
Imagen 7.2.3.1. Certificación energética de la vivienda con cambio de color de fachadas en zona climática C2……….79
Imagen 7.2.4.1. Certificación energética de la vivienda con cambio de color de fachadas en zona climática D2……….80
Imagen 7.2.5.1. Certificación energética de la vivienda con cambio de color de fachadas en zona climática E1……….80
8
Imagen 7.3.1. Transmitancia total de energía solar en huecos para dispositivos
de sombra móvil activados. ……….81 Imagen 7.3.1.1. Certificación energética de la vivienda con la instalación de
persianas en zona climática B4………81 Imagen 7.3.2.1. Certificación energética de la vivienda con la instalación de
persianas en zona climática A4………82 Imagen 7.3.3.1. Certificación energética de la vivienda con la instalación de
persianas en zona climática C2………82 Imagen 7.3.4.1. Certificación energética de la vivienda con la instalación de
persianas en zona climática D2………82 Imagen 7.3.5.1. Certificación energética de la vivienda con la instalación de
persianas en zona climática E1………83 Imagen 7.4.1. Características específicas de los vidrios de baja emisividad
SGG Climalit Plus. ………83 Imagen 7.4.2. Características específicas del marco de PVC Prestige Desing……….84 Imagen 7.4.3. Cambio en la permeabilidad al aire de una ventana de aluminio
a una de PVC. ……….84 Imagen 7.4.4. Especificaciones de la puerta de entrada Thermocarbon………85 Imagen 7.4.1.1. Certificación energética de la vivienda con cambio de
ventanas, cristaleras y puerta en zona climática B4……….86 Imagen 7.4.2.1. Certificación energética de la vivienda con cambio de
ventanas, cristaleras y puerta en zona climática A4……….86 Imagen 7.4.3.1. Certificación energética de la vivienda con cambio de
ventanas, cristaleras y puerta en zona climática C2……….86 Imagen 7.4.4.1. Certificación energética de la vivienda con cambio de
ventanas, cristaleras y puerta en zona climática D2……….87 Imagen 7.4.5.1. Certificación energética de la vivienda con cambio de
ventanas, cristaleras y puerta en zona climática E1……….87 Imagen 7.5.1. Procedimiento de inyección de poliuretano en cámara de aire………..88 Imagen 7.5.1.1. Certificación energética de la vivienda con mejora de
los muros exteriores en zona climática B4………..89 Imagen 7.5.2.1. Certificación energética de la vivienda con mejora de
los muros exteriores en zona climática A4………..………..89 Imagen 7.5.3.1. Certificación energética de la vivienda con mejora de
los muros exteriores en zona climática C2………..89 Imagen 7.5.4.1. Certificación energética de la vivienda con mejora de
los muros exteriores en zona climática D2………..…..90 Imagen 7.5.5.1. Certificación energética de la vivienda con mejora de
los muros exteriores en zona climática E1………..90
9
Imagen 10.1.1.1. Certificación energética de la vivienda con implantación de medidas
recomendadas en zona climática …….………98 Imagen 10.1.2.1. Certificación energética de la vivienda con implantación de medidas
recomendadas en zona climática A4………98 Imagen 10.1.3.1. Certificación energética de la vivienda con implantación de medidas
recomendadas en zona climática C2………99 Imagen 10.1.4.1. Certificación energética de la vivienda con implantación de medidas
recomendadas en zona climática D2………..………99 Imagen 10.1.5.1. Certificación energética de la vivienda con implantación de medidas
recomendadas en zona climática E1………99
10 ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 3.2.1.1. Materiales constructivos aislantes CTE……….32
Tabla 4.2.1. Composición de los cerramientos……….49
Tabla 4.2.2. Composición de las ventanas……..………50
Tabla 4.2.3. Composición de la ventana del baño…..………..50
Tabla 4.2.4. Composición de los ventanales de cocina y dormitorio principal………51
Tabla 4.2.5. Composición de la cristalera pequeña………52
Tabla 4.2.6. Composición de la cristalera grande………52
Tabla 4.2.7. Composición de la puerta de entrada………54
Tabla 4.2.8. Puentes térmicos…………..………..56
Tabla 4.2.9. Caudales mínimos de ventilación en locales habitables………58
Tabla 4.2.10. Cálculo de renovaciones hora…………..………59
Tabla 4.2.11. Valores de la curva característica del sistema ventilación………59
Tabla 4.2.12. Características técnicas del sistema de ACS………61
Tabla 5.1.1. Zonas climáticas en función de provincia y altura……….62
Tabla 5.1.2. Datos históricos del tiempo en Antas……….63
Tabla 5.2.1. Zonas climáticas en función de provincia y altura……….64
Tabla 5.2.2. Datos históricos del tiempo en Lepe………..65
Tabla 5.3.1. Zonas climáticas en función de provincia y altura……….66
Tabla 5.3.2. Datos históricos del tiempo en Badalona………67
Tabla 5.4.1. Zonas climáticas en función de provincia y altura……….68
Tabla 5.4.2. Datos históricos del tiempo en Armuña………..69
Tabla 5.5.1. Zonas climáticas en función de provincia y altura……….70
Tabla 5.5.2. Datos históricos del tiempo en Ponferrada………71
Tabla 5.5.3. Principales características de las ubicaciones de estudio……….72
Tabla 7.1.1. Composición de los cerramientos……….75
Tabla 7.4.1. Composición de las ventanas y cristaleras de mejores prestaciones………83
Tabla 7.4.2. Composición de la puerta de entrada de mejores prestaciones……….85
Tabla 8.1.1. Resultados del análisis energético en calefacción y refrigeración de la vivienda con cubierta ajardinada……….91
Tabla 8.2.1. Resultados del análisis energético en calefacción y refrigeración de la vivienda con cambio de color de los cerramientos………..91
Tabla 8.3.1. Resultados del análisis energético en calefacción y refrigeración de la vivienda con la implementación de persianas……….92
Tabla 8.4.1. Resultados del análisis energético en calefacción y refrigeración de la vivienda con el cambio de las ventanas, cristaleras y puerta principal………..92
Tabla 8.5.1. Resultados del análisis energético en calefacción y refrigeración de la vivienda con la mejora de los muros exteriores……….93
Tabla 9.1. Conclusiones del análisis de las medidas pasivas en cada zona climática……….94
Tabla 10.2.1. Resultados del análisis de las medidas pasivas en cada zona climática…………100
11 RESUMEN
En este proyecto se realiza el análisis de una vivienda de reciente construcción ubicada en Almería, más concretamente en Aljariz, una pedanía perteneciente al pequeño pueblo de Antas.
Además del análisis de la vivienda en esta ubicación, se analiza el mismo modelo constructivo de vivienda en las otras cuatro zonas climáticas que se pueden diferenciar en nuestro país, así como el estudio de la viabilidad, desde el punto de vista energético, de la implementación de diferentes medidas pasivas en todas y cada una de dichas zonas.
Uno de los objetivos del proyecto es intentar aumentar la eficiencia energética de la vivienda en cada una de las ubicaciones de análisis a través de la implementación de medidas únicamente pasivas, y analizar la posibilidad de que la implementación de una de estas medidas beneficie en una determinada zona climática, pero no lo haga de la misma manera en otra de ellas, siendo por tanto la finalidad del proyecto determinar qué medida o medidas de las analizadas son las más convenientes para cada una de las zonas climáticas del país.
SUMMARY
In this project we make the analysis of a new house located in Aljariz, a district that belongs to a small town called Antas, in Almeria. Appart of this location, we also analyze the same house construction model in other four locations with different climate conditions. We also study the viability, from the energetic point, of the implementation of different passive measures in every house in the other four locations.
One of the objectives of the project is trying to increase the energetic efficiency of the house in each location by the implementation of passive measures only. We also want to compare how each measure affects in each climate and compare them so this way we will see the properly measures for the house depending on the location.
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar, me gustaría agradecer a mi tutora Dª Ana Nieto Morote la colaboración, comprensión, asesoramiento, disponibilidad y positivismo que me ha proporcionado desde el primer día en el que contacté con ella. Por otro lado, agradecer a aquellos compañeros que empezamos juntos la carrera universitaria y que ahora tengo la suerte de considerar amigos, así como al resto de amigos y personas que han estado conmigo, sin olvidarme de mi gran amigo y compañero Pablo, que estará siempre en mi corazón. Por último, una dedicatoria especial a mi familia por su constante sacrificio, apoyo y comprensión.
12
1. Descripción de los objetivos del proyecto y presentación de la organización.
1.1. Descripción de los objetivos.
El principal objetivo del presente proyecto es el análisis de la eficiencia energética de una vivienda construida recientemente y el estudio de la posibilidad de implementar medidas pasivas en ella para mejorar dicha eficiencia en cada una de las zonas climáticas de España, buscando en todo momento alcanzar el bienestar de las personas en el interior con el mínimo consumo energético posible. De esta manera, se pretende determinar para cada una de las zonas climáticas si es recomendable la implementación de algunas medidas pasivas en la vivienda, manteniendo el diseño constructivo.
1.2. Motivaciones por parte del autor.
El autor se muestra interesado por la reducción de los costes económicos y energéticos en los edificios a través del empleo de medidas pasivas, las cuales suponen un coste de implementación, pero pueden ser el motivo de un importante ahorro energético.
Inicialmente, se mostró un cierto interés por la implementación de cubiertas vegetales en una vivienda, pero ante la escasa información existente en la actualidad, se consideró la investigación y el análisis de otras medidas pasivas o estrategias bioclimáticas como una oportunidad para adquirir conocimientos motivados en la sostenibilidad energética y medioambiental de las viviendas o edificios. Además, para centrar el proyecto únicamente en el balance energético de la vivienda, sin tener en cuenta el factor económico, se plantea finalmente el desarrollo de un estudio de implementación de dichas medidas pasivas para las distintas zonas climáticas de nuestro país, para determinar de esta manera la eficacia de cada una de ellas ante diferentes condiciones del entorno.
1.3. Organización del proyecto.
El presente proyecto se puede definir en varias partes:
- Primera parte: se llevará a cabo la definición de los conceptos de eficiencia energética, arquitectura bioclimática y de medidas activas y pasivas, así como la mención de la normativa en la que se consolida el proyecto y la descripción de las distintas medidas activas y pasivas que se pueden implementar en una vivienda, mostrando mayor interés en estas últimas.
- Segunda parte: se realiza la definición constructiva de la vivienda, así como de todos los sistemas que la componen y que son necesarios para la certificación energética utilizando el software HULC. Seguidamente, se definen todas las ubicaciones en las que se va a proceder el análisis.
- Tercera parte: se obtiene la etiqueta energética de la vivienda definida anteriormente en las cinco zonas definidas y, posteriormente, se realiza una breve descripción del procedimiento a seguir para la implantación de cada una de las medidas pasivas junto con la certificación energética de la vivienda tras la implantación de cada una de ellas en todas las ubicaciones.
- Cuarta parte: se muestran las conclusiones obtenidas respecto a los consumos en calefacción y refrigeración, así como se determina si es recomendable o no la instalación de cada una de las medidas. Además, para finalizar el proyecto se analiza energéticamente la vivienda con la implantación simultánea de las medidas consideradas anteriormente como recomendables en cada una de las zonas.
13
2. Eficiencia, certificado energético, arquitectura bioclimática y normativa.
2.1. Definición de eficiencia energética.
Se define como el perfeccionamiento o mejora del consumo energético para lograr unos niveles convenientes de bienestar, adaptando el consumo eléctrico a las necesidades de las personas o implementando medidas para conseguir un determinado ahorro energético. También se puede decir que se alcanza un nivel adecuado de eficiencia cuando se consume una cantidad de energía inferior a la media, buscando además que el suministro provenga mayoritariamente de energías renovables.
2.2. Ventajas y desventajas.
- Ventajas:
o Medioambientales: la búsqueda del aumento de la eficiencia conlleva un menor consumo para la obtención de los mismos resultados, de manera que se la explotación del medio ambiente se reduce.
o Económicas: al reducir el consumo de energía, se reducen también los costes en electricidad, gas y otras posibles fuentes, consiguiendo así un cierto ahorro económico.
o Reducción de la dependencia energética con el exterior.
o Reducción de la emisión de gases de efecto invernadero.
o Adquisición de un mayor valor económico de la vivienda o edificio.
o Utilización de energías renovables para cubrir las solicitaciones energéticas.
- Desventajas:
o Importante inversión inicial. Pese a que la implementación de medidas que nos permitan reducir los consumos se amortizan a medio plazo, el coste de la instalación de estas es importante, siendo además los elementos considerados eficientes más caros que los tradicionales
o No hay legislación que establezca la obligatoriedad de la producción de elementos eficientes, ni el uso de instalaciones más eficientes en la industria.
o Mantenimiento adecuado en caso de implementar medidas bioclimáticas y que estas lo requieran.
o Algunas de las medidas que se pueden implantar en una vivienda y que se comentarán posteriormente no presentan una buena estética.
2.3. Definición de certificado energético.
Se define como el documento en el que se mide la eficacia de una vivienda basándose en el consumo energético. A la hora de la obtención de este certificado, cabe destacar que se utilizan generalmente como parámetros calificadores el consumo de energía primaria no renovable y las emisiones de CO2.
En el etiquetado, se podrá observar una escala en la que se evalúa dicha eficiencia con las letras
“A”, “B”, “C”, “D”, “E”, “F” y “G”, siendo “A” la calificación más eficiente y “G” la menos.
14 2.4. Tipos de edificios eficientes.
Actualmente, las viviendas o edificios pueden clasificarse, según su eficiencia energética, en las siguientes clases o tipos:
- Viviendas de baja energía: son aquellas que para alcanzar unas ciertas condiciones de bienestar necesitan consumir menos energía que lo considerado normal para una vivienda convencional.
- Viviendas de ultra baja energía: son viviendas similares a las anteriores, pero además de consumir menos energía que lo considerado normal, estas no deben superar un 10% de dicho consumo.
- Viviendas de energía cero: son aquellas viviendas en las que la energía demandada para alcanzar las condiciones mínimas de confort es igual a la generada, es decir, podría considerarse como una vivienda que no consume energía ya que, aunque en ellas se consuma energía, esta puede abastecerse plenamente de energías renovables.
- Viviendas de energía plus: son aquellas que generan una cantidad de energía superior a la consumida, por lo que el balance energético es positivo, pudiendo utilizarse la energía sobrante para cubrir otras demandas externas, como la carga de vehículos, utilización de ella para poder venderla a la compañía eléctrica, etc.
2.5. Arquitectura bioclimática.
El término de arquitectura bioclimática hace referencia al aprovechamiento de las condiciones medioambientales o del entorno para beneficiar al máximo posible las necesidades mínimas que garanticen el bienestar de una vivienda, siguiendo una estrategia de diseño conveniente para un modelo constructivo de vivienda en un determinado entorno. De otra manera, se podría definir como el diseño o arquitectura de una vivienda con el objetivo de reducir al máximo el consumo energético mediante el aprovechamiento de los recursos medioambientales disponibles. Para alcanzar sus objetivos, la arquitectura bioclimática se centra principalmente en las siguientes estrategias:
- Diseño bioclimático y eficiente.
- Uso adecuado del espacio.
- Uso de materiales sostenibles o naturales.
- Uso de energías renovables.
- Uso de materiales inteligentes.
A la hora de llevar a cabo la edificación, se utilizan determinados elementos y técnicas constructivas para reducir dicho consumo como podrían ser la gran mayoría de las medidas pasivas que se comentarán posteriormente, así como la selección de unos materiales adecuados para la envolvente y un uso inteligente del agua.
Cabe mencionar, que dentro del concepto de arquitectura bioclimática se podrían incluir las passivhaus o casas pasivas, en la que la casa de adapta al entorno en el que esté ubicada y, además, adapta el consumo energético interno para reducir al máximo el consumo en calefacción y refrigeración, dando lugar a ahorros que oscilan entre el 70-90%. También se podría definir como aquella vivienda que no necesita prácticamente de aporte energético activo para garantizar el bienestar de las personas en el interior de esta, y para ser considerada como tal necesita cumplir una serie de exigencias energéticas:
- Uso de un máximo de 15 kWh/m2 al año en calefacción y refrigeración.
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- El bienestar térmico debe obtenerse en todas las estancias habitadas.
- Uso de un máximo de 60kWh/m2 al año en energía primaria total.
2.6. Normativa utilizada para el desarrollo del proyecto.
El desarrollo del estudio de eficiencia de una vivienda y de las correspondientes medidas para mejorarla, se verá regulada a nivel nacional por el Código Técnico de Edificación (CTE), que determina las exigencias mínimas de seguridad y habitabilidad que deben cumplir los edificios siguiendo lo establecido por la Ley 38/1999. Para ello, el CTE se compone de unos Documentos Básicos (DB), y concretando, el documento que afecta directamente a la eficiencia energética es el Documento Básico de Ahorro de Energía (DB-HE).
El DB-HE tiene como principal objetivo establecer una serie de reglas y procedimientos para alcanzar un uso racional de la energía en edificios, siendo parte del consumo procedente de fuentes de energía renovable. Las exigencias que establece este documento para alcanzar dicho objetivo son las siguientes:
- Exigencia Básica HE 0 (Limitación del consumo energético): “el consumo de energía de los edificios estará limitado según la zona climática de invierno de la ubicación en la que se encuentre, su uso y el alcance de la intervención, en su caso”. Esta exigencia es aplicable al caso de estudio por tratarse de una nueva construcción.
- Exigencia Básica HE 1 (Control de la demanda energética): “establece que los edificios deben disponer de una envolvente térmica cuyas características limiten las necesidades de energía primaria para alcanzar el confort térmico en función de la zona climática, de la época del año, del uso del edificio y del alcance de la intervención, en su caso”. Al igual que ocurre en el caso anterior, es aplicable al caso de estudio por tratarse de una nueva construcción.
- Exigencia Básica HE 2 (Condiciones de las instalaciones térmicas): “las instalaciones térmicas que se instalen en edificios deben ser apropiadas para alcanzar el confort térmico de las personas que los habiten”. Esta exigencia se encuentra actualmente vigente en el RITE y por tratarse de una vivienda de nueva construcción, también es aplicable al caso de estudio.
- Exigencia Básica HE 3 (Condiciones de las instalaciones de iluminación): “los edificios deben disponer de instalaciones de iluminación eficaces y adecuadas para su uso”. En este caso, esta exigencia no es aplicable al interior de una vivienda unifamiliar.
- Exigencia Básica HE 4 (Contribución mínima de energía renovable para cubrir la demanda de ACS):” los edificios cubrirán la energía necesaria para ACS empleando energía procedente de fuentes renovables”. Al tratarse de una vivienda unifamiliar con un consumo de ACS superior a 100l/día, tal y como se verá posteriormente, habría que considerar esta exigencia.
- Exigencia Básica HE 5 (Generación mínima de energía eléctrica): “los edificios que tienen consumos muy altos de energía eléctrica, deberán incorporar sistemas de generación de energía procedente de fuentes renovables”. Esta última exigencia también es de aplicación en el caso de estudio.
Además del DB-HE, cabe mencionar el uso, en menor medida, del DB-HS (Documento Básico de Salubridad), cuyo objetivo es la protección de los usuarios ante molestias o enfermedades y la de los edificios ante su deterioro y, consecuentemente, el del medio ambiente.
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3. Medidas a implementar en un edificio para disminuir su consumo energético.
Durante la fase de diseño de un edificio, uno de los aspectos más importantes a tener en cuenta es el consumo de estos, así como la integración de las energías renovables. En España, los edificios son de los mayores consumidores de energía, aproximadamente un 40% del consumo total, por lo que es fundamental intentar reducir su consumo, de manera que se aumente a su vez la eficiencia energética.
Los diferentes sistemas existentes para aumentar la eficiencia energética de los edificios deben considerar las condiciones climáticas locales de la ubicación en la que se encuentre, así como las condiciones ambientales en el interior. Para ello, se deben analizar dos tipos de medidas en la fase de diseño del proyecto de construcción de un edificio:
o Medidas activas: son aquellas que, mediante el uso de sistemas y equipos, captan energía exterior gratuita o permiten generar la energía demandada por el edificio o vivienda. Este tipo de medidas también aprovechan las condiciones medioambientales en beneficio de las personas que habitan la vivienda.
Entre ellas destacan las energías renovables, más concretamente la energía solar térmica y fotovoltaica.
o Medidas pasivas: son aquellas que, aplicadas al diseño arquitectónico y a la elección de materiales, tienen por objeto aprovechar al máximo las características del entorno en el que se encuentre la vivienda, de manera que se reduzca la dependencia de los sistemas utilizados para alcanzar el bienestar. El presente proyecto se centra en analizar algunas de estas medidas pasivas en diferentes zonas climáticas de nuestro país.
3.1. Medidas activas.
Son aquellas centradas principalmente en el uso de instalaciones y sistemas para aprovechar la energía exterior. Aunque se utilicen medidas pasivas, las cuales se comentarán posteriormente, para alcanzar el bienestar total es inevitable el consumo de energía, pero es muy importante el origen de la misma y la eficiencia de dichas instalaciones.
Estas medidas conllevan un mayor coste económico que las medidas pasivas y además tienen un consumo energético asociado para su funcionamiento. Entre las medidas activas más conocidas destaca el aprovechamiento de las energías renovables con los sistemas de captación solar para producir agua caliente o electricidad, bien por paneles fotovoltaicos o bien por colectores solares. Sin embargo, hay muchas más alternativas, que se van a clasificar en los siguientes grupos.
3.1.1. Medidas activas de climatización, calefacción y ACS.
- Suelo radiante: se trata de un sistema de climatización que se instala bajo el pavimento y capa de mortero y produce una climatización invisible y homogénea en todo el suelo.
Este tipo de suelos son energéticamente eficientes y respetan al medio ambiente ya que utilizan una menor cantidad de energía para su uso y, por tanto, una menor emisión de CO2. Cabe mencionar que este tipo de sistemas también puede emplearse en los muros de la vivienda y no solamente en el suelo. Existen dos tipos de suelo radiante:
o Suelo radiante por agua caliente: es la modalidad más común. Su funcionamiento consiste en la circulación del ACS fría o caliente a través de un circuito de tuberías situado bajo el pavimento. Cabe mencionar que la instalación de este requiere una importante inversión inicial, aunque tiene múltiples ventajas como un consumo de energía muy reducido debido a que el
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caudal de agua que circula por los conductos es mínimo y la temperatura de esta es menor que la de un sistema de calefacción por radiadores.
o Suelo radiante eléctrico: es similar al anterior, pero en lugar de contar con tuberías de agua, cuenta con un cable conductor distribuido por toda la superficie que desprende calor. En este caso, se utiliza energía eléctrica, por lo que es importante contratar una alta potencia eléctrica y, además, el consumo es mayor que en el caso anterior, aunque su coste inicial es inferior.
Imagen 3.1.1.1. Suelo radiante por agua caliente y eléctrico.
Fuente: https://comparadorluz.com/faq/que-suelo-radiante-mejor
- Ventilación forzada o mecánica de simple flujo: son sistemas que se encargan de extraer del interior de la vivienda el aire contaminado de los cuartos húmedos, empujarlos hacia el exterior con caudales constantes y, simultáneamente, renovarlo con aire procedente de los cuartos secos. El funcionamiento de este sistema se fundamenta en la caída de presión que se produce cuando el aire contaminado es extraído de los cuartos húmedos (baños, cocinas, etc.) a través de unas bocas o rejillas conectadas a un grupo mecánico, generalmente ventiladores, y posteriormente renovado por aire limpio del exterior de la vivienda a través de las entradas de aire colocadas en los cuartos secos (dormitorios, salón, etc.).
Estos diferentes tipos de ventilación se han ideado a partir de las exigencias del CTE, que establece que toda vivienda debe disponer de, al menos, un sistema de ventilación mecánica y, en ningún caso, de forma exclusivamente natural. Entre los diferentes tipos de sistemas de ventilación mecánica destaca el enfriamiento evaporativo o free cooling que consiste en aprovechar las bajas temperaturas del exterior para enfriar espacios interiores y su funcionamiento se activa cuando la temperatura exterior es inferior a la interior. Suele utilizarse en locales donde se acumula mucha gente o en centros de procesamiento de datos, donde se tienen temperaturas muy elevadas.
Entre las ventajas del uso de estas tecnologías destacan el ahorro energético y la ganancia de calidad del aire interior.
Imagen 3.1.1.2. Sistema de ventilación mecánica de simple flujo en vivienda unifamiliar.
Fuente: https://www.aldes.es/actualidad-blog/ventilacion-simple-flujo Fuente: https://www.airzone.es/blog/ahorro/que-es-el-free-cooling/
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- Ventilación mecánica con recuperadores de calor (o de doble flujo): son sistemas de ventilación cuya función es renovar el aire interior de un determinado espacio, climatizarlo y ahorrar energía ya que es posible recuperar un gran porcentaje de la energía usada para climatizar dicho aire.
Estos recuperadores están formados por un ventilador extractor por donde se extrae el aire exterior, un ventilador de impulsión por donde se expulsa el aire interior y un intercambiador de calor donde se produce un intercambio energético en el que el aire más caliente cede calor al aire más frio, sin mezclar ambas corrientes. No funciona únicamente en invierno si no que en invierno funciona calentando el aire exterior que se introduce hacia el interior y en verano enfriándolo.
Además, estos intercambiadores disponen de unos filtros para eliminar partículas contaminantes, lo que permite aumentar la calidad del aire en el interior de la vivienda.
En cuanto a las ventajas que ofrece este sistema destacan el aumento de la eficiencia y ahorro energético, así como un precio económico fácilmente amortizable.
Existen varios tipos de recuperadores de calor: recuperadores de flujo cruzado (eficiencia 50-85%), recuperadores de flujo paralelo (eficiencia 90%) y recuperadores de flujo rotativo (eficiencia 70%).
Imagen 3.1.1.3. Recuperador de calor funcionando en invierno.
Fuente: https://www.caloryfrio.com/construccion-sostenible/ventilacion-y-calidad-aire-interior/recuperadores-de- calor-renovar-el-aire-ahorrando-energia.html
Fuente: https://ovacen.com/recuperadores-de-calor-conceptos-basicos-y-definicion/
- Fachada ventilada activa: se trata de un sistema similar al de fachada ventilada convencional, que se explicará posteriormente en el apartado 3.2.1., pero añadiendo unas entradas ajustables que son capaces de cambiar los caudales de ventilación. Con este tipo de fachada, durante los días o épocas más calurosas se tienen las rejillas abiertas con el fin de facilitar la circulación del aire en el interior la cámara, favoreciendo así la desaparición del exceso de radiación y dando lugar a una reducción de temperatura. Por el contrario, durante las épocas más frías se cerrarán las rejillas, favoreciéndose así la conservación del calor en las piezas de cerámica debido a la radiación solar.
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Imagen 3.1.1.4. Fachada ventilada activa.
Fuente: http://aulagreencities.coamalaga.es/bioclimatismo-y-eficiencia-energetica-aplicacion-de-diversas- estrategias-a-una-vivienda-unifamiliar/
- Instalación de variadores de frecuencia en las bombas: se trata de la instalación de variadores de frecuencia en los cuadros de las bombas del sistema de climatización y ACS. La gran mayoría de los sistemas de climatización y ventilación están diseñadas para trabajar con las bombas o ventiladores a velocidad constante, sin embargo, las cargas térmicas de los edificios no se mantienen constantes. Normalmente, se utilizan estrangulaciones para reducir el caudal de agua o aire en el sistema, pero el motor de impulsión continúa operando a máxima velocidad lo que significa que consume la misma energía independientemente de la carga térmica, pero esto no se trata de un sistema eficiente, por lo que se recomienda la instalación de dichos variadores para que la bomba opere a la velocidad necesaria en función de la carga térmica. Este sistema es muy utilizado sobre todo en el caso de la existencia de piscinas en la vivienda.
Posteriormente, con las medidas activas de iluminación se mencionarán algunos sistemas que se podrían utilizar también para el ahorro energético en calefacción y climatización, y no exclusivamente para iluminación.
3.1.2. Medidas activas de iluminación.
Son medidas que se pueden adoptar para reducir el gasto energético y, por tanto, económico de una vivienda ya que la iluminación supone un 25% aproximadamente de la energía total que se consume en esta.
- Instalación de equipos de iluminación artificial que reduzcan el consumo energético: son sistemas de iluminación cuya finalidad es conseguir un ahorro energético. En esta medida se pueden encasillar la iluminación de bajo consumo (más barata) y la de LED (más eficiente), además de generar menos calor en su funcionamiento que la iluminación incandescente.
Otros sistemas a destacar en cuanto a la reducción del consumo energético serían los detectores de presencia lumínica en espacios que se transitan poco.
- Domótica: su función es aumentar el rendimiento energético de la vivienda, reduciendo a su vez el consumo energético, es decir, aumentar la eficiencia energética de dicha vivienda. Para ello, se controlan automáticamente todos los sistemas de la vivienda como calefacción, aire acondicionado, iluminación, etc. a través de sensores para garantizar las mejores condiciones en el interior de la vivienda con el mínimo consumo
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posible. Además, este sistema permite controlar la entrada de luz exterior a través de los huecos como ventanas, toldos, estores, etc. los cuales pueden subirse o bajarse en función de la hora establecida.
- Instalación protecciones solares exteriores móviles: entre ellos destacan los toldos y aleros móviles. Son sistemas cuya función es reducir la radiación solar en los huecos de la vivienda. El hecho de llevar a cabo la instalación de estos elementos móviles proporciona la posibilidad de aprovechar al máximo la radiación solar, desde el punto de vista lumínico y térmico. Estos elementos pueden extenderse o retirarse en función de las necesidades, por ejemplo, en la época de verano a una hora de alta incidencia de radiación solar en un determinado hueco se puede extender el toldo reduciendo considerablemente la entrada de dicha radiación y consiguiendo una reducción de la temperatura de la zona cubierta por este.
Otro sistema muy importante es el del alero con lamas móviles, que permite colocar las lamas en una determinada posición en función de si se quiere aprovechar o reducir la radiación solar, es decir, si se quiere reducir la radiación, estas lamas se colocan en posición perpendicular a dicha radiación.
Imagen 3.1.2.1. Protecciones solares exteriores.
Fuente: https://biuarquitectura.com/2012/05/18/las-protecciones-solares/
- Automatización de ventanas, lucernarios y lamas: son sistemas cuyo objetivo es maximizar o minimizar el impacto o incidencia de la radiación solar en la vivienda, de manera que se pueda obtener la máxima o la mínima iluminación en el interior a través de dichas ventanas o lucernarios en función de la época del año o, dicho de otra manera, en función de la energía calorífica necesaria para garantizar el bienestar de las personas.
Son sistemas muy similares a la domótica, pero en este caso, se dispone de sensores captadores de radiación solar que regulan de forma automática la radiación solar que entra en la vivienda a través de dichos huecos. En el caso de las ventanas, estas disponen de unos sensores de luz solar que regulan de forma automática la altura a la cual se debe encontrar la persiana. Lo mismo ocurre con las ventanas con lamas regulables, las cuales se posicionan con un determinado ángulo de giro en función de dicha radiación solar.
Los lucernarios actúan de una manera similar a las ventanas, pero se encuentran en la cubierta de la vivienda.
Además, existen sistemas que cuentan con sensores inteligentes encargados de controlar factores ambientales dentro de la vivienda y colocan las ventanas (por ejemplo) para garantizar las mejores condiciones de humedad, temperatura, CO2, etc.
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Imagen 3.1.2.2. Ventanas automáticas.
Fuente: https://www.xatakahome.com/domotica/velux-lanza-sistema-ventanas-inteligentes-para-mejorar- climatizacion-casa-forma-inteligente
Fuente: https://www.establecimientosrey.es/es/ventanas-tejado-accesorios/5012511-persiana-exterior-integra- solar-ssl-sk06-0000s-velux.html
Todas las medidas activas de iluminación mencionadas se pueden emplear tanto para el ámbito de la iluminación como para el de refrigeración y calefacción. Además, son sistemas que se pueden emplear tanto para aprovechar al máximo la radiación solar en forma de iluminación y calor, como para reducir al máximo dicha iluminación y/o calor, por lo que se puede aprovechar en todas las épocas del año según las necesidades de cada una de ellas.
3.1.3. Energías renovables.
Según el Código Técnico de Edificación (CTE), se define como energía procedente de fuentes renovables a “la energía procedente de fuentes renovables no fósiles, es decir, la energía eólica, solar, aerotérmica, geotérmica, hidrotérmica y oceánica, hidráulica, biomasa, gases de vertedero, gases de plantas de depuración y biogás. Debe tenerse en cuenta que no toda la energía generada a partir de fuentes renovables puede ser considerada renovable. La energía generada a partir de fuentes renovables puede tener, en algunos casos, un componente de energía no renovable que debe ser tratado como tal en el cálculo energético”.
Dicho de otra manera, se puede definir como energía renovable aquella energía que se obtiene a partir de fuentes inagotables de la naturaleza, ya sea por la gran cantidad de energía que contienen o por la capacidad para regenerarse por medios naturales.
Se han mencionado una gran variedad de tipos de energías renovables, pero únicamente se mencionarán aquellas cuyo uso sea viable para un edificio.
- Energía solar fotovoltaica: es aquella obtenida al transformar la luz solar en corriente eléctrica empleando un sistema apoyado en el efecto fotoeléctrico. Es un tipo de energía renovable, interminable y limpio que puede aprovecharse tanto instalaciones pequeñas como generadores para autoconsumo hasta las grandes plantas fotovoltaicas.
El sistema está formado por placas receptoras de radiación solar. Estas placas están formadas por módulos y estos, además, compuestos por células fotovoltaicas. Las células fotovoltaicas contienen una o varias capas de silicio (material semiconductor) y están revestidas por un vidrio transparente que permite el paso a la radiación solar y minimiza las pérdidas caloríficas. Dicho esto, la luz solar incide sobre dichas células, creándose un campo eléctrico entre las capas de la célula al excitarse los electrones del silicio y generando así una diferencia de potencial o campo eléctrico. De esta manera, se obtiene electricidad en forma de corriente continua, la cual suele transformarse a
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alterna utilizando un inversor, para tener así las mismas características que la red eléctrica a la que va a trasladas, previamente cuantificada por un contador.
Imagen 3.1.3.1. Partes de una célula fotovoltaica.
Fuente: https://static.news.soliclima.com/fotos/src/partes-de-un-panel-solar.jpg Fuente: https://www.iberdrola.com/sostenibilidad/que-es-energia-fotovoltaica
El uso de las placas solares no se reduce únicamente a la colocación de la cubierta o espacio libre con el objetivo de generar electricidad, si no que pueden incorporarse a los cerramientos de la vivienda de forma similar a una fachada ventilada. Este uso de las placas solares se conoce más comúnmente como “Fachadas o Muros solares” y, aunque generalmente no se emplean, están en constante evolución ya que pueden ser una muy buena opción para la generación de electricidad. Sin embargo, la finalidad de estas no es solamente la generación de energía, sino el aprovechamiento del calor que desprenden dichas placas, transmitiéndose por conducción al cerramiento al que se encuentran adjuntas o ancladas.
Imagen 3.1.3.2. Fachadas solares o instalaciones verticales fotovoltaicas.
Fuente: https://remicaserviciosenergeticos.es/blog/placas-solares-fotovoltaicas-con-estilo/
Fuente: https://www.plataformaarquitectura.cl/cl/02-70481/en-detalle-fachadas-solares
- Energía solar térmica: a diferencia del tipo de energía mencionada anteriormente, la energía solar térmica transforma la energía solar en calor y puede ser utilizada para producir ACS y para apoyar al sistema de calefacción. La instalación consiste en un sistema formado por una fila de tubos colectores solares de color oscuro con un fluido en su interior, generalmente es una mezcla de agua y propilenglicol, el cual absorbe la energía solar hasta que se calienta lo suficiente y la lleva a un tanque intermedio dentro
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del sistema a través de un intercambiador de calor. Posteriormente, el fluido mencionado se enfría y se devuelve a los colectores solares. El tanque de almacenamiento puede suministrar calor a la vivienda hasta en días sin sol, aunque en épocas de invierno en los lugares donde no hay suficiente energía, se suele utilizar para suplementar a otros calentadores o sistemas de apoyo.
Imagen 3.1.3.3. Energía solar térmica vs fotovoltaica.
Imagen 3.1.3.4. Instalación energía solar térmica.
Fuente: https://eliseosebastian.com/frases-mas-usadas-con-la-energia-solar/
Fuente: https://www.vaillant.es/usuarios/servicios/glosario/energia-solar-termica/
Fuente: http://www.scielo.org.bo/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2518-44312016000100005
- Energía geotérmica: se basa en el aprovechamiento del calor del subsuelo terrestre para, ecológicamente, climatizar y obtener ACS. A pesar de ser una fuente de energía poco conocida, tiene unos resultados muy buenos. Su funcionamiento se basa en la cesión o extracción de calor de la tierra, según la necesidad que se tenga, a través de una serie de colectores instalados en dicho subsuelo por los que se conduce una solución de agua con glicol. Este tipo de energía tiene diversas aplicaciones según el tipo de recurso geotérmico que se utilice, es decir, si la temperatura del recurso geotérmico es superior a los 100 oC, se utiliza normalmente para producir electricidad, mientras que si la temperatura no alcanza esos niveles se suele utilizar para calefacción o refrigeración. Por último, para temperaturas inferiores a los 25 oC, por ejemplo, a una profundidad de 10 metros con respecto al suelo donde la temperatura en nuestro país se sitúa en torno a los 17 oC, su uso se centra en climatizar y obtener agua caliente. A escala residencial, el funcionamiento de dicho tipo de energía se centra principalmente en generar calor, para lo que es necesario únicamente una bomba de calor y la instalación del intercambiador de calor en el subsuelo, donde se encontraría a una temperatura de 8-10 oC de forma constante durante todo el año, se manera que se consigue llegar a una temperatura de 22-23 oC con un consumo de energía menor, tanto en verano como en invierno. Pese a que la inversión es elevada para la instalación de esta, se ha estudiado que el consumo con este tipo de energía está en torno al 25% del consumo energético normal.
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Imagen 3.1.3.5. Instalación energía geotérmica con suelo radiante.
Fuente: https://twenergy.com/energia/energia-geotermica/que-es-la-energia-geotermica-que- aplicaciones-tiene-108/
- Energía aerotérmica: su objetivo es disfrutar de la energía contenida en el aire utilizando una bomba de calor reversible, que proporcione calor en invierno y frío en verano, para climatizar la vivienda y producir agua caliente sanitaria (ACS) mediante un ciclo termodinámico. Para ello, se extrae la energía del aire exterior y se transporta al interior de la vivienda, haciéndolo pasar por un circuito lleno de refrigerante en el que se produce un intercambio de temperaturas, o de manera inversa, absorbiendo el calor del interior de dicha vivienda y expulsándolo al exterior. Además, se debe tener en cuenta que las bombas de calor en modo calefacción tiene un COP de 4.5, es decir, que por cada kW de electricidad que utiliza, se obtienen 4.5kW de calor. Del mismo modo, en modo aire acondicionado, dichas bombas de calor obtienen un EER de 3.5.
Imagen 3.1.3.6. Instalación de sistema de aerotermia.
Fuente: http://instalacioneslinares.com/index.php?sec=aerotermia
- Energía minieólica: consiste en el aprovechamiento del viento, el cual produce una energía cinética, transformándola en energía mecánica y esta, a su vez, en energía eléctrica a través de un generador o alternador eléctrico. Es sorprendente que se trata de una fuente de energía muy poco utilizada en nuestro país pese a los regímenes regulares de viento. La energía que se está tratando podría ser una fuente muy interesante para el autoconsumo en una vivienda, además de que tiene un escaso mantenimiento y su instalación es sencilla. Cabe mencionar que para tener una cierta viabilidad se necesitan velocidades mínimas de viento de 4-5m/s y que la potencia normal generada para uso doméstico se encuentra entre los 4 y los 10 kW, aunque es posible generar mayor potencia.
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Imagen 3.1.3.7. Instalación energía minieólica.
Fuente: https://energias-renovables-y-limpias.blogspot.com/2012/07/la-energia-eolica-como- suministro.html
- Biomasa: se trata de una fuente de energía que funciona mediante materia orgánica, de origen vegetal o animal, y los materiales procedentes de su transformación, bien sea de forma natural o artificial, tal y como describe el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la energía. A nivel de viviendas, el uso de este tipo de energía se centra fundamentalmente en aplicaciones térmicas con climatización y agua caliente, aunque también se puede utilizar para producir electricidad. Se puede utilizar del mismo modo que lo hace una instalación de electricidad o gasóleo, y principalmente se hace a través de estufas o calderas de baja potencia. Cabe mencionar que las estufas utilizan normalmente pélets o leña y solamente sirven para proporcionar calor, mientras que las calderas se pueden utilizar al mismo tiempo para producir agua caliente y calor en la vivienda. Además, tiene diversas ventajas como un balance neutro de CO2, un menor precio del combustible biomasa con respecto a los demás combustibles convencionales, mantenimiento sencillo, alta resistencia al desgaste y buen rendimiento, entre otras.
Imagen 3.1.3.8. Instalación de biomasa con caldera de pélets.
Fuente: https://www.certificadosenergeticos.com/biomasa-acs-calefaccion-refrigeracion-viviendas
Dicho esto, se han descrito algunas de las medidas activas e instalaciones de energías renovables que se pueden implementar en una vivienda para mejorar su eficiencia energética. A continuación, se describirán algunas de las medidas pasivas que también se pueden implementar en una vivienda y son estas en las que se va a centrar el desarrollo de este proyecto.
26 3.2. Medidas pasivas.
Son aquellos sistemas o medidas que se pueden aplicar a una vivienda con el objetivo de aprovechar lo máximo posible las condiciones que nos proporciona el clima y el entorno y, por tanto, reducir la dependencia de instalaciones para conseguir el bienestar o confort en dicha vivienda. La característica principal de este tipo de medidas es la utilización de procedimientos o estrategias naturales para aminorar el consumo energético de los sistemas de climatización, es decir, para mejorar la eficiencia energética en función del clima o necesidades de cada época del año. Dicho esto, se debe tener claro que las medidas pasivas se basan principalmente en los componentes constructivos y en los materiales de la vivienda, y recurren a fenómenos naturales como la radiación solar y el viento para acondicionar cada uno de los espacios que la componen.
Entre las ventajas principales de estas medidas es que se sirven de fuentes de energía inagotables y gratuitas como lo son el sol y el viento, y tienen emisiones nulas de CO2.
A continuación, se van a definir algunas de las múltiples posibles medidas pasivas bioclimáticas existentes en la actualidad para una vivienda.
3.2.1. Medidas pasivas relacionadas con la arquitectura general de la vivienda.
Este apartado se centrará en una breve explicación de las medidas pasivas relacionadas con la arquitectura de la vivienda, es decir, las relacionadas con la composición de los muros, ventanas, etc., así como posibles soluciones para mejorar la eficiencia energética con sistemas que no requieren el consumo de energía.
- Orientación de la vivienda: es una medida fundamental para reducir los gastos energéticos de calefacción y refrigeración, de manera que se pueda aprovechar al máximo la radiación procedente del sol cuando sea necesario el aporte de calor y reducir dicha radiación en épocas o en climas calurosos. Dicho esto, se debe tener claro que la orientación de la vivienda es función de las necesidades que requiere la ubicación en la que se encuentre la vivienda, es decir, en una zona caracterizada por las altas temperaturas se buscará una orientación en la que la radiación solar incida lo menos posible sobre las fachadas más grandes o de las zonas más concurridas, mientras que en zonas con bajas temperaturas ocurre totalmente lo contrario.
Cabe mencionar, que en el hemisferio norte a modo genérico la mejor orientación es la sur ya que se pueden maximizar las ganancias solares en invierno para calentar la vivienda, mientras que en verano esta radiación se puede proteger con estrategias de protección solar para preservar la envolvente de la radiación incidente. Sin embargo, en las orientaciones este y oeste, la radiación solar posee un ángulo de incidencia que puede provocar un sobrecalentamiento excesivo sobre épocas calurosas.
La orientación sur sería una buena opción para zonas en las que predomine el clima frío, sin embargo, en zonas calurosas podría ser perjudicial ya que en verano se necesitaría un gran consumo de refrigeración para alcanzar buenas condiciones de confort, aunque considerarse que el ángulo de incidencia solar en verano es más elevado en la orientación sur y, por tanto, es más fácil de proteger con las estrategias mencionadas anteriormente.