Edificios Autosuficientes en Energía

Cómo la Eficiencia Energética y la Energía Solar pueden conducirnos a Edificios de

Impacto Cero

Principios de Eficiencia Energética

Aislamiento Térmico, principal herramienta del diseño bioclimático

Inercia Térmica, factor determinante en el comportamiento térmico del edifico

Ganancia Solar Pasiva, el papel de las paredes transparentes en la envolvente del edificio

Ventilación, como su control nos conduce al ahorro de energía

Coeficiente de Pérdidas (o Ganancias) TérmicasG = (Kg*A + Kv*Av + 0.34NV)DT/V (W/m3

ºC)Kg = (K*A + Skl)/AK = 1/R (W/m2 ºC)Indica las pérdidas o ganancias de calor

entre el exterior y el interior en ausencia de aportaciones internas o externas. Con éste coeficiente podemos calcular la potencia del sistema de calefacción necesaria para el edificio

Coeficiente de Necesidades Térmicas

B = (G-1.5/t)(1-F) (W/m3ºC)F es el coeficiente de cobertura solar y es función de la

radiación solar, de las pérdidas y de la inercia térmica del edificio

t es la diferencia promedio de temperatura entre el interior y el exterior durante la temporada de calefacción

1.5 es un valor convencional que representa las aportaciones internas

B puede ser hasta el 50% de G dependiendo de la magnitud de G, la inercia térmica y de las aportaciones solares

CÁLCULO DEL COEFICIENTE G -PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN EDIFICIOS- Y DEL COEF. B -NECESDIDADES DE ENERGÍA EN EDIFICIOS

PÉRDIDAS POR:Cocina

Baño

Recáma

ra 1Recáma

ra 2Sala

Pasillo

ViviendaK o k A o l KA o kl A o l KA o kl A o l KA o kl A o l KA o kl A o l KA o kl A o l KA o kl 95.69

I.- MUROS e = 0.15FACHADA 3.10 4.28 13.27 7.08 21.95 14.12 43.77 20.24 62.74 17.94 55.61 0.29 0.90 198.25UNIÓN MURO INT.- FACHADA 0.13 2.40 0.31 4.80 0.62 4.80 0.62 2.40 0.31 0.00 0.00 4.80 0.62 2.50UNIÓN FACHADA FIRME 1.75 2.20 3.85 3.10 5.43 6.30 11.03 8.85 15.49 9.05 15.84 0.90 1.58 53.20ESQUINA SALIENTE 0.07 0.00 0.00 2.40 0.17 2.40 0.17 4.80 0.34 4.80 0.34 0.00 0.00 1.01ESQUINA ENTRANTE 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.40 0.17 2.40 0.17 0.00 0.00 0.34UNIÓN FACHADA - TECHO 0.06 2.20 0.13 3.10 0.19 6.30 0.38 8.85 0.53 9.05 0.54 0.90 0.05 1.82MARCOS DE PTAS. Y VTAS. 0.10 4.00 0.40 2.40 0.24 4.00 0.40 4.00 0.40 10.51 1.05 5.06 0.51 3.00

SUMA ÁREA 4.28 7.08 14.12 20.24 17.94 0.29 63.95d = (S KA+kl) 17.96 28.59 56.37 79.98 73.55 3.66 260.11Kg = (SKA+Skl)/SA 4.20 4.04 3.99 3.95 4.10 12.61 4.07

2.72II.- PTAS. Y VENTANAS e'= 1.60Ventanas 4.80 1.00 4.80 0.36 1.73 1.00 4.80 1.00 4.80 1.80 8.64 0.00 0.00 5.16Por infiltración de aire m = 4.00 2.18 0.78 2.18 2.18 3.92 0.00Pueta principal 0.70 1.98 1.39 1.98Por infiltración de aire m = 6.00 6.46Puertas de servicio 0.70 1.87 1.31 1.87Por infiltración de aire m = 6.00 6.10

SUMA ÁREA 1.00 0.36 1.00 1.00 3.78 1.87 9.01d = (S KA+kl) 6.98 2.51 6.98 6.98 20.41 7.41 51.26Kg = (SKA+Skl)/SA 6.98 6.98 6.98 6.98 5.40 3.96 5.69

0.54III.- TECHOÁREA INTERIOR 1.80 6.38 11.48 2.28 4.10 9.80 17.64 9.80 17.64 10.44 18.79 1.17 2.11MURO INT.-TECHO 0.13 4.20 0.55 3.10 0.40 6.30 0.82 3.75 0.49 1.05 0.14 2.60 0.34UNIÓN TECHO FACHADA 0.06 2.20 0.13 3.10 0.19 6.30 0.38 8.85 0.53 9.05 0.54 0.90 0.05

SUMA ÁREA 6.38 2.28 9.80 9.80 10.44 1.17 39.87d = (S KA+kl) 12.16 4.69 18.84 18.66 19.47 2.50 76.32Kg = (SKA+Skl)/SA 1.91 2.06 1.92 1.90 1.87 2.14 1.91

0.80IV.- RENVTO. DE AIRE h = 2.40 q = 0.50 15.31 5.47 23.52 23.52 25.06 2.81 95.69 d = 0.34q 8.00 8.00 8.52 12.26

0.13TOTAL DE PÉRDIDAS 37.10 35.80 90.18 113.61 121.95 13.57 399.94

4.18

APORTACIONES SOLARESSUPERFICIE TRANSPARENTE SUR EQUIVALENTE

VENTANAS SUR OESTE NORTE ESTE TECHO TOTAL

Ärea = 2.80 1.00 1.36 5.16w ( = s') 0.62 0.62 0.62Aw 1.74 0.62 0.84

PAREDES OPACASÄrea (inc pta) = 10.88 22.92 12.44 21.56 39.87 67.80w ( 0.3K/he) 0.06 0.06 0.06 0.06 0.03Aw 0.61 1.28 0.69 1.20 1.08

TOTAL Aw 2.34 1.28 1.31 2.05 1.08f 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00C1 1.00 0.60 0.22 0.60 1.10S(Aw)fC1 2.34 0.77 0.29 1.23 1.18 5.81

e/t = 24.00 Aport internas fte 105.47 W CÁLCULO DE INERCIAt = 8.50 med 111.37 WSs = 5.81 esc 115.81 W Fachada Piso Techo M IntSs/V = 0.06 A 63.95 39.87 39.87 40.81G-1.5/t = 4.00 I N E R C I A m 100 150 84 100X = (Ss/V)e/(G-1.5/t)t 0.36 Fuerte Media Escasa m real 100 84

m*A 6395 5981 3349 4081F = 0.265 0.224 0.193B = (G-1.5/t)(1-F) 2.94 3.11 3.23

70.4% 74.3% 77.3% Intercambio térmico pared 1621 W/°CProducto grados-hora 20º 31825 8958 9459 9836 Capacidad amortiguamto 4555 Wh/°C

21º 35145 9892 10446 10862

Cantidad de EnergíaSe puede calcular fácilmente la cantidad de

energía para mantener una temperatura de confort en el edificio conociendo su coeficiente B, el volúmen habitable y el producto grados-hora acumulados de la región

E = B*V*ºC*hora (W/m3ºC)m3(ºC-hora) = Wh

Para Chihuahua, las temperaturas promedio y producto grado-hora son las siguientes

Temperatura Promedio para ChihuahuaHora ENE FEB MZO ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

0 4 6 9 15 19 22 22 21 19 13 7 41 4 6 9 14 18 22 22 20 18 13 7 42 3 5 9 13 17 21 21 20 18 12 7 43 3 5 8 13 17 21 21 19 17 12 6 34 3 5 8 13 16 20 20 19 17 12 6 35 2 4 8 12 16 20 20 19 17 11 5 26 3 4 7 11 16 20 20 18 16 11 6 37 6 5 8 13 15 19 19 19 17 12 9 68 10 8 11 17 17 20 20 23 20 14 13 109 14 12 15 21 21 24 24 26 24 18 17 14

10 17 16 19 25 25 28 27 28 26 22 20 1711 18 19 22 27 28 31 29 30 28 25 22 1812 19 20 24 28 30 33 31 31 29 26 22 1913 18 21 24 28 31 34 32 31 29 27 22 1814 17 20 23 27 31 34 32 30 28 26 20 1715 15 19 22 26 31 33 31 29 27 25 19 1516 14 17 21 25 30 32 31 28 26 23 17 1417 12 16 19 23 28 31 29 27 25 22 15 1218 10 14 17 21 27 29 28 26 24 20 14 1019 9 12 15 20 25 28 27 25 23 18 12 920 7 11 14 19 24 27 26 24 22 17 11 821 6 9 12 17 22 25 25 23 21 16 10 722 5 8 11 16 21 24 24 22 20 15 9 623 5 7 10 15 20 23 23 21 19 14 8 5

MAX 19 21 24 28 31 34 32 31 29 27 22 19MIN 2 4 7 11 15 19 19 18 16 11 5 2MEDIA 10.5 12.5 15.5 19.5 23 26.5 25.5 24.5 22.5 19 13.5 10.5

17 17 17 17 16 15 13 13 13 16 17 17MEDIA 9.3 11.2 14.4 19.1 22.7 25.9 25.2 24.1 22.1 17.7 12.7 9.5

Frecuencia Acumulada Producto ºC-Hora

TEMP F GH F GH F GH F GH F GH F GH

ENE FEB MZO NOV DIC

2 31 31 62 0

3 155 31 124 31 279 62

4 217 186 56 217 155 490 341

5 279 403 168 56 30 248 372 725 831

6 341 682 224 224 120 30 310 620 995 1556

7 372 1023 252 448 31 210 150 341 930 1206 2551

8 372 1395 308 700 155 31 240 360 372 1271 1447 3757

9 403 1767 336 1008 248 186 300 600 403 1643 1690 5204

10 465 2170 336 1344 279 434 330 900 465 2046 1875 6894

11 465 2635 364 1680 341 713 360 1230 465 2511 1995 8769

12 496 3100 420 2044 372 1054 390 1590 496 2976 2174 10764

13 496 3596 420 2464 372 1426 420 1980 496 3472 2204 12938

14 558 4092 448 2884 403 1798 450 2400 558 3968 2417 15142

15 589 4650 448 3332 465 2201 480 2850 589 4526 2571 17559

16 589 5239 504 3780 465 2666 480 3330 589 5115 2627 20130

17 651 5828 532 4284 496 3131 540 3810 651 5704 2870 22757

18 713 6479 532 4816 496 3627 540 4350 713 6355 2994 25627

19 744 7192 588 5348 558 4123 570 4890 744 7068 3204 28621

20 744 7936 644 5936 558 4681 630 5460 744 7812 3320 31825

21 744 8680 672 6580 589 5239 630 6090 744 8556 3379 35145

22 744 9424 672 7252 651 5828 720 6720 744 9300 3380 38524

Ejemplo: Vivienda tradicional con G = 4 W/m3ºC y B = 3 W/m3ºC, 300 m3 habitables

Para 20ºC necesita 900 x 31825 = 28642 kWhPara 21ºC necesita 31630 kWh (10.4% +)Vivienda aislada con G = 1 W/m3ºC y B = 0.50

W/m3ºCPara 20ºC, E = 4744 KWh, 21ºC = 5272 KWhPara G = 1 W/m3ºC es necesario, además de un

excelente aislamiento y puertas y ventanas de alto desempeño, un ventilador con recuperador de calor

Valores de G y B Implementando Diferentes Estrategias

PERDIDAS (W/m3ºC)

FACHADA TECHOPTAS Y VTAS

RVTO AIRE COEF G COEF B

CONSUMO INVIERNO

CONSUMO VERANO COSTO AHORRO VPN

64 m2 40 m2 9 m2 100 m3 W/m3 ºC W/m3ºC kWh kWh $/AÑO ANUAL 30 AÑOS

VIVIENDA TRADICIONAL 2.74 0.74 0.54 0.13 4.14 3.08(74%) 9370 3114 $9,673

+ TECHO R = 3.3 2.74 0.14 0.54 0.13 3.54 2.62(74%) 7967 2033 $7,610 $2,063 $61,893

+ T + MURO R = 0.95 1.19 0.14 0.54 0.13 1.99 1.34(67%) 4089 769 $3,631 $6,042 $181,251

+ T + MURO R = 1.68 0.80 0.14 0.54 0.13 1.61 1.03(64%) 3122 509 $2,694 $6,979 $209,358

+ T + MURO R = 2.22 0.68 0.14 0.54 0.13 1.48 0.92(62%) 2808 494 $2,460 $7,213 $216,402

+ T + M + VTAS HP 0.68 0.14 0.22 0.13 1.16 0.65(56%) 1973 417 $1,798 $7,875 $236,247

+ T + M + HP + HRV 0.68 0.14 0.22 0.03 1.07 0.57(53%) 1726 400 $1,608 $8,065 $241,944

PANEL SOLAR 0 0 $0 $9,673 $290,190