LA EFICIENCIA
ENERGÉTICA DE
EDIFICIOS BASADA,
EXCLUSIVAMENTE,
adscrito al
Ministerio de Educación y Ciencia
q
Desde su creación lleva a cabo proyectos de
Investigación y
Desarrollo
tecnológicos en el campo de la
Energía y el Medio
Ambiente
, situándose en la vanguardia internacional de la
ciencia y la tecnología y manteniendo una estrecha relación con
otros grupos investigadores de objetivos similares.
q
El equipo humano del CIEMAT está
formado por,
aproximadamente, 1.500 personas, de las que el 47 % son
titulados universitarios.
q
Un gran número de instalaciones, algunas de ellas únicas en
España, hacen que
el CIEMAT
mantenga una
amplia presencia
en el ámbito científico-técnico nacional e internacional
.
MADRID MADRID ALMER
Vista aérea del Centro de Desarrollo de Energías
Renovables (CEDER) en Lubia(Soria)
CONVERSIÓN
TERMOQUÍMICA DE
PRODUCCIÓN Y
EVALUACIÓN DE
MAYOR INSTALACI
MAYOR INSTALACIÓÓN TERMOELN TERMOELÉÉCTRICA I+D DEL MUNDOCTRICA I+D DEL MUNDO
ENERGIA
SOLAR
TÉRMICA
DE
MEDIA
TEMPE-RATURA
ENERGIA
SOLAR
TÉRMICA
DE ALTA
TEMPE-RATURA
APLICA-CIONES
M.A. DE
LA E.
SOLAR
CARAC-
TERIZA-CIÓN DE
LA
RADIA-CIÓN
SOLAR
UNIDAD DE INVESTIGACIÓN SOBRE
EFICIENCIA
ENERGÉTICA en
EDIFICACIÓN
(UiE3)
UNIDAD DE INVESTIGACI
UNIDAD DE INVESTIGACI
Ó
Ó
N SOBRE
N SOBRE
EFICIENCIA
EFICIENCIA
ENERG
ENERG
É
É
TICA en
TICA en
EDIFICACI
EDIFICACI
Ó
Ó
N
N
(
OBJETIVOS de la Unidad
OBJETIVOS de la
OBJETIVOS de la
Unidad
Unidad
Análisis energético del edificio en su
conjunto: I + D + i de las Técnicas Naturales
de Acondicionamiento
de edificios para
reducir la demanda energética en calefacción
y refrigeración.
Y, entre otras líneas de investigación, los
proyectos PSE-ARFRISOL, Mediodía,
CETICA, LIFE (eco-valle),
Regen-Link,
Sunrise, etc. y el estudio de la integración de
sistemas solares activos en la edificación.
Cerca del 35% de la energía primaria que se consume en España, se hace
en el Sector de la Edificación (residencial + terciario).
ACCIONES
•
Reducción de la demanda.
•
Ahorro y Eficiencia energética
PRIORITARIO
• Edificios que no consuman energía o que consuman muy poca
• La poca energía que consuman proceda de fuentes renovables
MÁXIMO AHORRO
Conseguir una edificación cada vez más sostenible y por ende más eficiente
energéticamente se debe basar, entre otras cuestiones:
Análisis del entorno
Interacción del edificio con ese entorno
Relación del edificio con sus colindantes.
Comportamiento de la agregación de otros edificios, como elementos en sí
mismos.
Para decidir materiales componentes y estrategias es imprescindible un
detenido estudio de los condicionantes externos:
Caracteristicas climáticas: radiación, velocidad y dirección de los vientos,
………….
Características meteorológicas: temperatura del aire, pluviometría..
Materiales de construcción existentes en el entorno.
Características geomorfológicas: topografía, masas vegetales, masas de
agua …………
ANÁLISIS DEL EDIFICIO EN SI MISMO:
El conjunto de elementos que lo definen:
• Uso – actividades que se desarrollan en su interior
• Forma
• Envolvente
• Materiales y componentes
• Elementos estructurales
• Instalaciones activas
• ……….
El edificio como máquina energética
à
Fenómenos de
transferencia de calor
:
* CONDUCCIÓN
* CONVECCIÓN
* RADIACIÓN
à
Fenómenos de
transferencia de masa
:
* CALOR LATENTE
(dif. de temp.)
*
CONVECCIÓN
(dif. de humedad)
à
la energía procedente del sol en
función de las condiciones
meteorológicas externas
Intercambio de
energía a través
de la piel
*captar
*almacenar
*evacuar
ESTRATEGIAS PASIVAS TRADICIONALES:
Orientación: en función de la necesidad de captar, evacuar o ambas
Captación solar directa: a través de huecos acristalados
Captación solar indirecta: a traves de cerramientos opacos
Edificios enterrados: aprovechamiento inercia térmica del terreno
Captación solar semidirecta: galerías acristaladas
Cubiertas ventiladas de doble hoja
Sombreamiento de huecos y cubiertas: toldos, persianas, umbráculos,
pérgolas, etc.
Ventilación natural: simple, cruzada, chimeneas, torres de viento, patios
interiores, ….
ESTRATEGIAS PASIVAS ACTUALES (además de las tradicionales):
Sistemas de aislamiento y tratamiento de puentes térmicos (f. ventiladas)
Carpinterías con rotura puentes térmicos y vidrios especiales
Atrios interiores para captación o evacuación
Aprovechamiento inercia térmica de envolvente y estructura
Cubiertas trasventiladas, de agua o vegetales
Pérgolas sobre cubierta
Sombreamientos exteriores manuales o mecánicos.
Chimeneas solares diurnas o nocturnas
Sistemas de intercambio energético con el terreno.
Sistemas de disipación radioconvectiva.
DISEÑO DE LA
CIUDAD
El Urbanismo y la EDIFICACIÓN
BIOCLIMÁTICA, SON TÉRMINOS
MODERNOS
, acuñados no hace muchos
años, pero básicamente responde al
MISMO CONCEPTO QUE LAS
ARQUITECTURAS POPULARES Y
TERRITORIALES
¿QUÉ ES EL URBANISMO Y LA EDIFICACIÓN BIOCLIMÁTICA?,
¿QUÉ VENTAJAS TIENE FRENTE A LA TRADICIONAL?
Consiste en diseñar y construir ciudades y
edificios teniendo en cuenta el territorio, el clima y
el uso de materiales autóctonos, de manera que
con un
CONSUMO
nulo o
MÍNIMO
de energía
convencional y
UTILIZANDO ENERGÍAS
RENOVABLES
, mantengan constantemente las
condiciones requeridas de
CONFORT TÉRMICO
,
retomando los sistemas y técnicas tradicionales de
la Arquitectura Popular, adaptadas a la manera
actual de construir y
UTILIZANDO NUEVAS
TECNOLOGÍAS
, pasivas y activas, de
aprovechamiento de la energía solar, dimanadas de
proyectos de investigación llevados a cabo en los
últimos años.
OBJETIVOS:
APROVECHAR
al máximo
LA ENERGÍA SOLAR
partiendo de un buen emplazamiento y
orientación, utilizando superficies transparentes o
acumuladoras en aquellas orientaciones que lo
permitan y usando muros ciegos o con pocos
huecos en aquellas otras con poco soleamiento
Conseguir el
CONFORT HIGROTÉRMICO
,
almacenando calor y controlando las
pérdidas, en los periodos infracalentados,
mediante la utilización de elementos y
tipologías constructivas y el uso de diseños
adecuados a cada emplazamiento.
Utilizar
MECANISMOS DE CONTROL Y
SOMBREAMIENTO
en los periodos
sobrecalentados
Usar
ESTRATEGIAS DE ILUMINACIÓN
NATURAL Y VENTILACIÓN CONTROLADA
que
propicien la eliminación del exceso de calor
en los meses sobrecalentados
LA CIUDAD
SUPONE UNA
IMPORTANTE INTERVENCIÓN SOBRE EL ESPACIO
NATURAL
PREEXISTENTE, COMO CONSECUENCIA DE LAS MODIFICACIONES
INTRODUCIDAS EN EL ESPACIO NATURAL DURANTE EL PROCESO URBANO.
SUPONE TAMBIÉN
CAMBIOS NO
DESPRE-CIABLES DEL CLIMA URBANO
, FRENTE
AL DE LA REGIÓN O LOCALIDAD DONDE
LA CIUDAD SE UBICA.
LOS EDIFICIOS SON
OBSTÁCULOS
, TANTO PARA LOS
VIENTOS COMO PARA LA
RADIACIÓN SOLAR
LA HUMEDAD DEL AIRE SE
MODIFICA EN FUNCIÓN DE LA
VARIACIÓN DE LA RADIACIÓN
LA CONTAMINACIÓN PUEDE PRODUCIR FENÓMENOS DE INVERSIÓN TÉRMICA,
APARTE DE LAS EMISIONES DE CO
2FINALMENTE LOS PAVIMENTOS MODIFICAN LA REFLEXIÓN DE LA RADIACIÓN
SOLAR
POR TODO LO ANTERIOR,
ES FUNDAMENTAL ESTUDIAR
DE
MANERA PORMENORIZADA Y RESPONSABLE:
EN LA FASE DE ORDENACIÓN DEL TERRITORIO:
LA
UBICACIÓN DE CIUDADES O NUEVOS BARRIOS, EN FUNCIÓN
DEL CLIMA Y EL MEDIO FÍSICO.
EN LA FASE DE PLANIFICACIÓN URBANA:
LAS
ORIENTACIONES DE LAS MANZANAS
, PARA APROVECHAR O
EVITAR LA RADIACIÓN SOLAR;
EL TRAZADO DE LAS VÍAS
URBANAS
, PARA UTILIZAR LAS BRISAS O EVITAR LOS
VIENTOS; LA SEPARACIÓN ENTRE EDIFICIOS, PARA EVITAR
LOS SOMBREAMIENTOS NO DESEADOS,
LA UTILIZACIÓN DE
ZONAS VERDES
, ARBOLADO Y FUENTES O
MASAS DE AGUA
,
PARA PROPICIAR EL SOMBREADO, LA EVAPOTRANSPIRACIÓN
O EL AUMENTO DE LA HUMEDAD RELATIVA, ETC., ETC.,.
EL CLIMA
EN FUNCIÓN DEL CLIMA PODEMOS DISTINGUIR CUATRO ZONAS GENERALES:
GANANCIA Y
CONSERVACIÓ
N DEL CALOR.
LUGARES
PROTEGIDOS
DE LOS
VIENTOS
LADERAS S-SE
A MEDIA
FRÍA
CLIMA TEMPLADO
CAPTACIÓN DE
CALOR EN
INVIERNO Y
SOMBREAMIENT
O EN VERANO.
PROTECCIÓN DE
VIENTOS Y
APROVECHAMIE
NTO DE BRISAS
LADERAS SE
MITIGAR
VARIACIONES
TEMPERATURA
A LO LARGO
DEL DÍA
LADERA SE
BAJAS, CERCA
DE LOS
VALLES O EL
MAR
MOVIMIENTO
DEL AIRE.
EVITAR
ORIENTACION
ES E y O
CUMBRES DE
COLINAS S ó N.
Construcción de Yucatán -MexicoInterior de una
CLIMA CALIENTE HÚMEDO
A LA DCHA. CARTA SOLAR DE FISHER PARA UNA LATITUD CONCRETA Y PARA LOS SOLSTICIOS Y LOS EQUINOCIOS A LA IZQDA. CARTA SOLAR DE FISHER PARA UNA LATITUD Y
DECLINACIÓN CONCRETA A LAS 9:30-14:30
CÁLCULO DE SOMBRAS
SOMBRAS ARROJADAS SOBRE
SUPERFICIE HORIZONTAL
SOMBRAS ARROJADAS SOBRE
SUPERFICIE HORIZONTAL Y
VERTICAL
EL PLIEGO DE
CONDICIONES
TÉCNICAS DE
INSTALACIONES DE
BAJA TEMPERATURA
DEL
IDAE,
INCORPORADO AL
CTE,
PLANTEAN EL
SIGUIENTE CÁLCULO
SIMPLIFICADO:
d = h/tg(61º-latitud)
DOS EDIFICIOS SEPARADOS UNA
DISTANCIA “L”, SITUADOS EN UN
PUNTO DE ACIMUT “A” Y ALTURA
DEL SOL “h”, EN EL MOMENTO MÁS
DESFAVORABLE DEL SOLSTICIO DE
INVIERNO
SI “a” ES LA ALTURA DEL EDIFICIO
QUE PRODUCE SOMBRA, “x” LA
DISTANCIA ENTRE EDIFICIOS EN LA
DIRECCIÓN DEL SOL Y “A’ ” EL
ANGULO DE “L” RESPECTO AL SUR.
A+A’ + L
x
L = x cos(A’+A)
POR OTRA PARTE:
x = a/tgh ;
L = a*cos(A’+A) / tg h
L = a*cos(A’+A)*cotg h
OPTIMIZACIÓN DEL ANCHO DE CALLE
L h
DISEÑO DEL
EDIFICIO
EL EDIFICIO ES UNA MAQUINA DE
TRANSFERENCIA ENERGÉTICA
COMO SISTEMA ENERGÉTICO, REALIZA
FUNCIONES TRANSFERENCIA CON EL MEDIO,
CAPTANDO, ALMACENANDO Y CONSERVANDO
LOS RECURSOS DE SU ENTORNO, MEDIANTE
COMPONENTES QUE CAPTAN LA ENERGÍA SOLAR
Y LA TRANSMITEN AL INTERIOR DEL MISMO Y
POR OTRA PARTE, EVACUAN LA ENERGÍA
SOBRANTE, MEDIANTE ESTRATEGIAS DE
REFRIGERACIÓN NATURAL.
TERRITORIO Y CLIMA
parámetros
meteorológicos, geográficos
geomorfológicos, etc.
CARACTERÍSTICAS DEL EDIFICIO:
los
establece el diseñador en función de los
extrínsecos
PARA
REALIZAR
ESTAS
FUNCIONES
DEPENDE
DE DOS
TIPOS DE
FACTORES:
FACTORES
INTRÍNSECOS:
ORIENTACIÓN
OBSTÁCULOS
FORMA DEL EDIFICIO:
compacidad, invers.
proporcional a la temperatura
Comunicación convectiva entre espacios
situados a distintas orientaciones
ventilación cruzada
ENVOLVENTE DEL EDIFICIO:
necesidad de
aislar o ganar
Colores
Elementos de protección solar
FACTORES
EXTRÍNSECOS:
EDIFICACIÓN BIOCLIMÁTICA
Edificios
eficientes
energéticamente
Edificación
consciente
desde el punto de vista
energético
!!! COMPLEMENTARIAS !!!
PASIVA = Confort térmico + Ahorro de energía
ACTIVA = Aporta la energía complementaria
ENERGÍA SOLAR ACTIVA
à
Instalación integrada en edificios
SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL
SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL – GANANCIA DE CALOR
GANANCIA DIRECTA GANANCIA
INDIRECTA GANANCIA
GANANCIA DIRECTA: HUECOS ACRISTALADOS.
l
Se basan en el EFECTO INVERNADERO
l
Combinados con ACCESORIOS
CONCENTRADORES DE RADIACIÓN hacia la
superficie captadora.
l
Junto con PROTECCIONES DE RADIACIÓN
para periodos sobrecalentados.
l
Potenciando sistemas de AISLAMIENTO fijo
o móvil para evitar pérdidas.
GANANCIA DIRECTA: HUECOS ACRISTALADOS
.
l
Se basan en el
EFECTO INVERNADERO
l
Combinados con
ACCESORIOS
CONCENTRADORES DE RADIACIÓN
hacia la
superficie captadora.
l
Junto con
PROTECCIONES DE RADIACIÓN
para periodos sobrecalentados.
l
Potenciando sistemas de
AISLAMIENTO
fijo
o móvil para evitar pérdidas.
LA GANANCIA SOLAR TRANSMITIDA A TRAVÉS DE ESTE TIPO DE
COMPONENTES DEPENDE DE:
l
SUPEFICIE ACRISTALADA en relación al área a acondicionar
(térmica y lumínicamente).
l
CARACTERISTICAS DEL ACRISTALAMIENTO
l
ESTANQUIDAD DE LA CARPINTERÍAS
.
El CTE establece niveles
permitidos de infiltraciones y condensaciones.
l
ELEMENTOS DE SOMBREAMIENTO
LA GANANCIA SOLAR TRANSMITIDA A TRAVÉS DE ESTE TIPO DE
COMPONENTES DEPENDE DE:
l
SUPEFICIE ACRISTALADA
en relación al área a acondicionar
(térmica y lumínicamente).
l
CARACTERISTICAS DEL ACRISTALAMIENTO
l
ESTANQUIDAD DE LA CARPINTERÍAS
.
El CTE establece niveles
permitidos de infiltraciones y condensaciones.
l
ELEMENTOS DE SOMBREAMIENTO
Los componentes se comportan como
SISTEMAS COLECTORES DE CALOR
realizando
las funciones de captación, acumulación y
transferencia.
l
Produciendo retraso y
AMORTIGUAMIENTO DE LA ONDA
TÉRMICA
.
l
PROCESOS CARACTERIZADOS POR:
l
INERCIA:
Depende de la masa y del
calor especifico.
l
AISLAMIENTO:
Depende de la
conductividad y del espesor.
(espesores grandes tiene grandes
masas y producirán tambien efectos de
inercia térmica.)
CERRAMIENTOS PESADOS Y DE GRAN ESPESOR
PARA PRODUCIR
AMORTIGUAMIENTO Y DESFASE DE LA ONDA TÉRMICA.
SE PUEDEN UTILIZAR LOS MUROS DE CARGA DEL EDIFICIO PARA
ESTA FUNCIÓN
MEJORAN SU FUNCIÓN CON LA ELECCIÓN DE COLORES Y
TEXTURAS CON
COEFICIENTES DE ABSORCIÓN
ALTOS Y
MECANISMOS CONCENTRADORES.
l
MURO INVERNADERO
COLOCANDO UN CRISTAL SEGUIDO DE UNA CÁMARA DE AIRE
DELANTE DEL MURO PARA FAVORECER LA CAPTACIÓN
l
MURO INVERNADERO
COLOCANDO UN CRISTAL SEGUIDO DE UNA CÁMARA DE AIRE
DELANTE DEL MURO PARA FAVORECER LA CAPTACIÓN
CONSTRUCCIONES LIGERAS
l
SELECCIÓN DE
AISLAMIENTO TÉRMICO
ADECUADO.
l
CONTROL DE LAS
INFILTRACIONES.
SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL – GANANCIA DIRECTA
CONSTRUCCIONES LIGERAS
SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL – GANANCIA SEMIDIRECTA
INVERNADERO
INVERNADERO
AMORTIGUA LAS VARIACIONES DE TEMPERATURA Y AISLA DEL EXTERIOR.
CONSISTE EN :
l
UN MURO DE GRAN MASA TERMICA
l
UN ESPACIO TAMPÓN O DE AMORTIGUAMIENTO CON TEMPERATURA
INTERMEDIA ENTRE INTERIOR Y EXTERIOR.
l
UNA
SUPERFICIE CAPTADORA,
QUE DEBE PROTEGERSE DE
SOBRECALENTAMIENTO CON ELEMENTOS DE SOMBREAMIENTO.
ESTE SISTEMA DEBE DOTARSE DE VENTILACIÓN, QUE LO REFRIGEREN EN EL
PERIODO DE VERANO.
INVERNADERO
AMORTIGUA LAS VARIACIONES DE TEMPERATURA
Y AISLA DEL EXTERIOR.
CONSISTE EN :
l
UN MURO DE
GRAN MASA TERMICA
l
UN
ESPACIO TAMPÓN
O DE AMORTIGUAMIENTO CON TEMPERATURA
INTERMEDIA ENTRE INTERIOR Y EXTERIOR.
l
UNA
SUPERFICIE CAPTADORA,
QUE DEBE PROTEGERSE DE
SOBRECALENTAMIENTO CON ELEMENTOS DE SOMBREAMIENTO.
ESTE SISTEMA DEBE DOTARSE DE VENTILACIÓN, QUE LO REFRIGEREN EN EL
PERIODO DE VERANO.
ELEMENTOS DE SOMBREAMIENTO
Para evitar sobrecalentamiento y deslumbramiento en
periodos cálidos.
DISPOSITIVOS EXTERNOS DE CONTROL DIRECTO
.
Son los más efectivos. Puede tratarse de vegetación
de hoja caduca o de elementos del diseño fijos o
móviles y que permitan la ventilación.
tipos:
l
VOLADIZO sólido horizontal paralelo a la fachada:
protege en orientaciones sur
l
LAMAS FIJAS HORIZONTALES
paralelas al
cerramiento: protegen en orientación sur y permiten
ventilación vertical
l
VOLADIZO
sólido horizontal paralelo a la fachada:
protege en orientaciones sur
l
LAMAS FIJAS HORIZONTALES
paralelas al
cerramiento
: protegen en orientación sur y permiten
ventilación vertical
l
LAMAS FIJAS PERPENDICULARES
al cerramiento
:
protegen de la radiación lateral y permiten ventilación
vertical.
l
LAMAS HORIZONTALES
en el plano vertical
:
idónea
para orientaciones con trayectoria solar muy baja.
l
PROTECCION SÓLIDA EN PLANO VERTICAL
:
idónea
para orientaciones con trayectoria solar muy baja.
elimina gran parte de la radiación incidente
.
DISPOSITIVOS INTERNOS.
Menos efectivos que los externos - no impiden que la
radiación atraviese el acristalamiento.
l
PERSIANAS, CORTINAS, CONTAVENTANAS
.
cuidar la
eleción de color.
DISPOSITIVOS INTERNOS.
Menos efectivos que los externos - no impiden que la
radiación atraviese el acristalamiento.
l
PERSIANAS, CORTINAS, CONTAVENTANAS
.
cuidar la
eleción de color.
SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL – EVACUACIÓN DE CALOR
CHIMENEAS
CONDUCTOS ENTERRADOS
SISTEMAS DE CLIMATIZACION NATURAL – CHIMENEAS SOLARES
CHIMENEA SOLAR NOCTURNA
ESTRATEGIAS DE APROVECHAMIENTO PASIVO DE LA ENERGÍA SOLAR
q
TRATAMIENTO DIFERENCIADO DE FACHADAS
q
OPTIMIZACIÓN DEL AISLAMIENTO TÉRMICO Y FACHADAS VENTILADAS
qDISEÑO DIFERENCIADO DE HUECOS EXT. EN FUNCION DE LA
ORIENTACIÓN
q
UTILIZACIÓN DE PATIOS ACRISTALADOS, COMO ELEMENTOS DE
GANANCIA
q
SISTEMAS QUE AUMENTEN LA HUMEDAD R. EN VERANO EN ZONAS
SECAS O QUE LA REDUZCAN EN ZONAS HUMEDAS
q
UTILIZACIÓN DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN SOLAR
q
UTILIZACIÓN DE ESTRATEGIAS DE VENTILACION NATURAL
q
CORRECTA ILUMINACIÓN NATURAL DE ESTANCIAS Y ZONAS
COMUNES
q
ELEMENTOS DE CERRAMIENTO Y DISTRIBUCIÓN DE GRAN INERCIA
TÉRMICA
q
USO DE MECANISMOS DE CONTROL INTEGRADO DE LAS ESTRATEGIAS
PASIVAS Y ACTIVAS
ESTRATEGIAS DE AHORRO ENERGÉTICO
q
UTILIZACIÓN DE SISTEMAS TÉRMICOS PARA CALEFACCIÓN Y A.C.S.
q
UTILIZACIÓN DE SISTEMAS TÉRMICOS DE ALTA EFICIENCIA Y
MÁQUINAS DE ABSORCIÓN PARA REFRIGERACIÓN
q
UTILIZACIÓN DE SISTEMAS CENTRALIZADOS MODULARES DE
CLIMATIZACIÓN
q
UTILIZACIÓN DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS PARA PRODUCCIÓN DE E.
ELÉCTRICA
q
USO DE OTRAS ENERGIAS RENOVABLES EN SUSTITUCIÓN DE LAS
FÓSILES
q
SISTEMAS DE ILUMINACIÓN NATURAL Y ARTIFICIAL DE ALTA
EFICIENCIA
q
SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN DE AGUA DE BAJO CONSUMO
q
