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SIMULACIÓN ENERGÉTICA EDIFICIO RESIDENCIAL
- 1. ESTUDIO DE AHORRO ENERGÉTICO CONSEGUIDO CON LAS MEDIDAS BIOCLIMÁTICAS ADOPTADAS, EN EL EDIFICIO RESIDENCIAL DE CALLE CÓRDOBA EN CERDANYOLA DEL VALLÈS, PROYECTO EUROPEO POLYCITY TRABAJO FIN DE MASTER AUTOR: Víctor Moreno Solana Tarragona, a 3 de Septiembre de 2009
- 50. ANÁLISIS PRELIMINAR COSTE / BENEFICIO AHORRO ENERGÉTICO Ahorro de CO2 asociado Económico energético Económico emitivo AHORRO ECONÓMICO Factores de emisión de CO2 (Pinazo et al., 2008) Coste de la energía para edificios residenciales. 16% IVA incluido. Impuesto sobre la electricidad no incluido. (BOE 315, 31.12.2008) Precio de la tonelada de CO2 (ICAEN, 2009) 0,000649 Electricidad de red (Ton CO2/kWhe) 0,000204 Energía térmica, suponiendo gas natural (Ton CO2/kWht) 0,13 Electricidad de red (€/kWhe) 14,03 CO2 (€/ton) 0,066 Gas natural (€/kWht)
- 56. CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE TRABAJO Valores máximos de demanda energética especificados por POLYCITY Valores de demanda energética del edificio real “ No es necesario sistema de refrigeración.” 3.32 60 50 Electricidad [kWhe /m2•año] 54 7 Refrigeración [kWht /m2•año] 40,5 43 Calefacción [kWht /m2•año] Edificios de oficinas Edificios residenciales 5363.84 13464.81 TOTAL 8.33 KWh/m ²·año CARGAS FRÍO CARGAS CALOR (KWh/año)
- 57. GRACIAS POR LA ATENCIÓN
Notas del editor
- El proyecto POLYCITY pretende llevar a cabo un desarrollo urbano a gran escala con el objetivo de crear barrios sostenibles, en los que se logre una alta eficiencia tanto en la generación como en el consumo de energía. En el presente estudio se evalúa el potencial de ahorro, en el consumo de energía del Edificio residencial de la calle Córdoba, Cerdanyola del Vallès (Barcelona). El proyecto está promovido por la empresa pública INCASOL. Las medidas de ahorro energético están subvencionadas por el proyecto europeo. Se va a establecer el ahorro energético obtenido, adoptando diferentes medidas bioclimáticas. Además se va a calcular el ahorro económico parcial, global y el tiempo de amortización de cada medida adoptada. También se va a certificar el cumplimiento de criterios fijados por POLYCITY. Para la obtención de resultados se van a realizar diferentes simulaciones dinámicas horarias del año completo con la interface DESIGN BUILDER, cuyo motor de cálculo es ENERGYPLUS.
- Cerdanyola del Vallés se encuentra a unos 15 Km al norte de Barcelona. Latitud, longitud y altura sobre el mar. El edificio situado en la calle Córdoba se distribuye en planta sótano, baja + 3 alturas.
- La planta baja se distribuye en 4 locales comerciales, los 2 portales que dan acceso a las distintas plantas y un acceso al parking.
- La planta tipo representa a las plantas 1ª, 2ª y 3ª. Que tienen uso residencial. Presenta 8 viviendas. Y posee un eje de simetría, transversal a la fachada principal. Las tipologías de las viviendas son: L, Rectangular y Viviendas interiores, que representan tanto a las viviendas en L con medianera, como a las rectangulares junto a ellas. Las superficies útiles de cada vivienda rondan los 70 m2, haciendo una superficie útil total de 1616,72 m2. Se puede observar el modelado del edificio completo con DESIGN BUILDER.
- Además de evaluar el ahorro conseguido con la construcción de los voladizos, se establece la colocación de lamas en algunas ventanas exteriores como medida de ahorro. Lo que se consigue con la construcción de los voladizos es disminuir las ganancias solares en épocas estivales, ya que en el verano la altura solar es mayor y los rayos solares quedan interrumpidos por los voladizos, mientras que en invierno, que la altura solar es menor, los voladizos no suponen una barrera para los rayos solares, como podemos apreciar en los siguientes videos de soleamiento.
- Un muro Trombe está compuesto por un muro captador-acumulador de calor, una cámara de aire y una lámina de vidrio. El muro debe de tener una gran inercia térmica para acumular el calor y la superficie expuesta a los rayos solares debe estar compuesta por un material selectivo con una gran absortancia térmica. Su funcionamiento se basa en la diferencia de densidad del aire caliente y el aire frío, que provoca corrientes por convección natural, provocando un precalentamiento gratuito del aire de la zona a climatizar. Durante el día, los rayos del sol atraviesan la lámina de vidrio calentando la superficie oscura del muro y almacenando el calor en la masa térmica de este. En la noche, el calor se escapa del muro tendiendo a enfriarse principalmente hacia el exterior. Pero como se encuentra con la lámina de vidrio (es semi opaca a la radiación infrarroja) el calor es entregado al interior del local. A continuación se puede observar el diseño del muro trombe de nuestro edificio. Comentar que para la simulación del edificio con muros trombe, tambien se ha tenido en cuenta los voladizos, para tener una situación más real del ahorro conseguido, ya que la radiación solar que llega al muro captador es menor.
- Para que exista ventilación cruzada es necesario que haya aberturas en fachadas con diferentes orientaciones. Por una diferencia de presiones en las diferentes fachadas, se consigue un flujo de aire que provoca una renovación del aire caliente interno. Se puede observar que las viviendas tipo “L”, ya poseen estas condiciones, mientras que para conseguirlo en las viviendas tipo “rectangulares”, se va a construir una chimenea interior con aberturas en cada vivienda, que facilite el flujo de aire por el interior de éstas. Para modelar la ventilación cruzada, no colocamos un flujo fijo de renovaciones de aire (exigido por la normativa). Ver gráfica de renovaciones hora. Además colocamos una temperatura de consigna de 22 ºC, para evitar un enfriamiento en invierno. Esto hace que el los meses más fríos no haya renovación de aire, pero como esta solución solo afecta a una disminución de las cargas de refrigeración, los resultados en invierno no son tenidos en cuenta. Para que esta medida bioclimática sea efectiva, es necesario que los usuarios contribuyan con una adecuada apertura de las ventanas, en los periodos de tiempo en los que la temperatura del aire exterior sea inferior a la temperatura de consigna=25ºC.
- Como datos climáticos para la simulación dinámica se ha elegido el lugar más cercano a Cerdanyola del valles, en la página oficial de Energy+. BARCELONA. Se puede apreciar un resumen de los valores adoptados.
- En primer lugar se van a realizar 5 simulaciones dinámicas sub-horarias del año completo con Energy+. La primera simulación será del edificio de referencia. Éste nos servirá de modelo comparativo, para cuantificar los ahorros conseguidos con cada una de las medidas bioclimáticas adoptadas. Posteriormente se procederá a simular el mismo modelo pero con cada una de las variantes de ahorro energético por separado, teniendo todos ellos las mismas cargas internas y externas, enumeradas anteriormente. Las temperaturas de consigna, para que se pongan en funcionamiento los sistemas de climatización son 21ºC para calefacción y 25ºC para refrigeración. El edificio real no posee sistema de refrigeración, pero se supone que existe para poder cuantificar los ahorros conseguidos en refrigeración, y comprobar si es necesario o no éste.
- Para realizar las simulaciones con Energy+, se han realizado las siguientes simplificaciones del edificio real. En primer lugar se tendrá en cuenta que el edificio es simétrico respecto al eje que atraviesa las fachadas principal y posterior. Por lo que se llevará a cabo la simulación de la mitad del edificio. Multiplicando por 2 los resultados se obtendrá el resultado final. La zonificación de la planta coincide con las tipologías de las viviendas, descritas anteriormente. VIVIENDA TIPO “L” VIVIENDA TIPO “RECTANGULAR” VIVIENDAS TIPO “INTERIOR”, que está formada por las 2 viviendas junto al eje de simetría. ZONAS 24 y 28. Las zonas resaltadas con color rosa son zonas no climatizadas. La segunda simplificación se basa en el concepto de que tanto la 1ª como la 2ª planta poseen una envolvente similar. Por lo que se procederá a simular por un lado la planta segunda y por otro la tercera, que difiere de las dos primeras por la construcción del techo, formado por la cubierta plana no transitable, que recibe radiación solar además de tener transferencias de calor con el exterior. Algo que no sucede con las 2 primeras alturas, en las que tanto el suelo como el techo se han considerado adiabáticas, además de la pared medianera situada en el eje de simetría.
- La metodología a seguir para el cálculo de la demanda energética del edificio completo es la siguiente: Para cada tipo de edificio (referencia, aislado, muro trombe y ventilación cruzada), se realiza 2 simulaciones: planta 2ª y planta 3ª. En cada una de estas simulaciones se obtienen resultados de cada tipo de vivienda (L, Rectangular e Interiores). Teniendo en cuenta que la simulación de la planta 2ª se refiere a las plantas 1ª y 2ª, y que se ha simulado la mitad simétrica del edificio, se obtienen los resultados finales de cada tipo de vivienda. Y la carga total del edificio completo.
- Para la simulación del edificio de referencia, no se tiene en cuenta ninguna de las medidas de ahorro energético. Y como valores de las transmitancias térmicas se adoptan los máximos exigidos por la Normativa española CTE.
- En esta diapositiva se pueden apreciar los resultados finales obtenidos en cada simulación. Se ha introducido el valor de voladizos y lamas en los resultados de calefacción para comprobar con existe un leve aumento de las cargas.
- Para obtener los resultados de los ahorros energéticos conseguidos con cada medida, se calcula la diferencia entre las cargas obtenidas en la simulación del edificio de referencia, las obtenidas en las simulaciones posteriores, cada una con una medida bioclimática diferente. Las casillas coloreadas de la tabla son las que se tienen en cuenta como ahorro. Azul_Refrigeración. Rojo_Calefacción. Describir en que ahorramos según la medida bioclimatica adoptada.
- Para calcular el ahorro total, sumamos cada uno de los ahorros conseguidos con cada medida adoptada. La grafica representa el porcentaje de cada tipo de ahorro (calefaccion, refrigeracion) respecto al ahorro total.
- Porcentaje del ahorro conseguido con cada medida en calefacción.
- Porcentaje del ahorro conseguido con cada medida en refrigeración.
- En esta gráfica comparamos los ahorros conseguidos con cada medida, ya sea en calefacción o en refrigeración.
- Para calcular las cargas termicas del edificio real, restamos a las cargas obtenidas en el edificio de referencia cada uno de los ahorros conseguidos con cada medida adoptada.
- A continuación desarrollo un análisis preliminar de coste beneficio para cada medida bioclimática adoptada y uno global. Al existir una disminución en las cargas térmicas, se produce también una disminución de las emisiones de CO2 emitidas para contrarestar esas cargas y mantener las zonas a climatizar entre las temperaturas de confort térmico. Este ahorro asociado de CO2 conlleva un ahorro económico, estipulado por el ICAEN, cuyos valores se pueden contemplar en las siguientes tablas.
- Que el valor en las cargas de refrigeración sea positivo, da a entender que los ahorros de refrigeración coseguidos con todas las medidas adoptadas, supera el valor de la carga de refrigeración del edificio de referencia, por lo cual no es necesario un sistema de refrigeración. Como futuras líneas de trabajo se van constatar los resultados aqui expuestos, con los resultados de demanda energética obtenidos con la monitorización de una de las viviendas del edifio, ya construido.