PROYECTO DE FIN DE CARRERA -...
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PROYECTO DE FIN DE
CARRERA ENERGETICA Y NORMA EN EL
EDIFICIO ESPANOL Este proyecto nos permite de estudiar la norma española (Documento Básico HE) con el fin de realizar un programa y de determinar la eficiencia de un edificio al frente de esta norma.
ANTHOUARD Florence HILLON Arnaud RAQUIN Thomas Parte de ANTHOUARD Florence 25/03/2010
ANTHOUARD Florence HILLON Arnaud
RAQUIN Thomas
2 Proyecto de Fin de Carrera
INDICE
4. Programa de cálculo con Excel ........................................................................................................ 3
a) Pagina “VISU” .............................................................................................................................. 3
Datos climáticos y referencia del edificio ................................................................................ 3
Calculo Perdidas ...................................................................................................................... 4
Calculo ganancias .................................................................................................................... 6
Calculo de la demanda de calefacción .................................................................................... 7
Sistemas pasivos ...................................................................................................................... 7
b) Pagina “Espacios acondicionados del edificio” ........................................................................... 7
Recogido de los cerramientos ................................................................................................. 7
Recogido de los puentes térmicos .......................................................................................... 8
Recogido de las ganancias ....................................................................................................... 8
c) Pagina “Datos de salida” ............................................................................................................. 9
Transmitancias Detalladas Edificio Objeto (W/m².K) .............................................................. 9
Transmitancias Medias y Límites (W/m².K) ............................................................................. 9
Factor solar modificado ......................................................................................................... 10
Indicadores de Eficiencia Energética (IEE) ............................................................................. 11
Comparación Demanda Calefacción ..................................................................................... 11
d) Ejemplo con un edificio ............................................................................................................. 12
Ejemplo 1: Sevilla, sin aislamiento ........................................................................................ 13
Ejemplo 2: Sevilla, con aislamiento y elemento pasivo con vidrio simple ............................ 14
Ejemplo 3: Sevilla, con aislamiento y elementos pasivos con vidrio doble .......................... 16
Ejemplo 4: Burgos, con aislamiento y elementos pasivos con vidrio doble .......................... 17
Ejemplo 5: Burgos, alto aislamiento y elementos pasivos, vidrio doble baja emisividad .... 18
Ejemplo 6: Sevilla, alto aislamiento y elementos pasivos, vidrio doble baja emisividad ...... 19
CONCLUSION ......................................................................................................................................... 21
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3 Proyecto de Fin de Carrera
4. Programa de cálculo con Excel Esta parte del acta nos permitirá de explicar cómo hemos construido el programa Excel que
nos da la oportunidad de saber si un edificio puede cumplir la norma y conocer la contribución de la
aplicación de un elemento espéciale. Dentro de todas las páginas Excel que componen nuestro
programa solo tres serán utilizadas por el utilizador: la primera que se llama “Datos Salida” es una
página de información que resume los resultados y los dos siguientes que se llaman “Visu” y
“Espacios Acond” permiten de recoger los datos necesarios.
En las otras páginas se tienen los detalles de todos los cálculos. Las células verdes son células
que se actualizan automáticamente mientras que las células amarillas son células que tienen que ser
informadas por el utilizador.
Esta presentación del programa se desarrollara de manera a explicar estas tres páginas al fin
que cualquiera persona pusiera utilizarlo.
a) Pagina “VISU”
Datos climáticos y referencia del edificio
Los datos climáticos de un edificio son datos importantes que tienen que ser elegidos con
aplicación. En efecto, estos datos jugaran un papel importante en la estimación de la demanda. Pues
la primera pagina permite de elegir la capital de la provincia dentro de la cual se ubique el edificio y
también de dar al proyecto una dirección y n nombre definido:
Una vez la provincia determinada, hay que entrar la altura del sitio porque eso influencia en
la determinación de la zona climática pues de los grados día. Además, en función del sitio
seleccionado, el programa encuentra las radiaciones solares para cada orientación. Estas radiaciones
permitirán de calcular las ganancias solares que se puede aprovechar:
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4 Proyecto de Fin de Carrera
Por fin, el utilizador tiene que recoger el número de espacios acondicionados que comporta
el edificio y un valor aproximativo del volumen de espacios no acondicionados. Los datos de cada
espacio acondicionado serán recogidos en la página siguiente. En función de estos datos, se actualiza
en esta página el área el volumen de estos espacios.
Calculo Perdidas
La parte de la página que sigue calcula las perdidas del edificio. En primer lugar, varias tablas
resumen los datos tomando en cuenta que salen de la página “Espacios Acond” sumando para cada
tipo de cerramiento vertical las áreas recogidas según cada orientación.
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5 Proyecto de Fin de Carrera
En segundo lugar, hay que recoger los datos del terreno y del posible forjado exterior que
compondría el edificio.
De la misma manera que para los cerramientos verticales, la parte que sigue resume las
valores de puentes térmicos que han sido recogido en la pagina “Espacios Acond” entonces que
componen el edificio entero.
Ultimo punto antes de poder calcular el coeficiente de pérdidas en los espacios
acondicionados: el cálculo de las pérdidas por infiltración. Se hace de la manera explicada en la
primera parte de este documento. Entonces hay solo que recoger el volumen de renovación
exprimido en ren/h. A saber que será posible también de elegir un coeficiente de renovación de aire
para los espacios no acondicionados al fin de diferenciar la tasa de infiltración que puede ocurrir.
Por fin, ahora se puede calcular las pérdidas de los espacios acondicionas y de la misma
manera, las líneas siguientes permiten de calcular las pérdidas de los espacios no acondicionados lo
que nos da el coeficiente de pérdidas totales en kWh.
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6 Proyecto de Fin de Carrera
Calculo ganancias
Las ganancias brutas son la suma de las ganancias internas y de las ganancias solares. Las
ganancias internas son dados en función del coeficiente de cargas internas puesto por cada espacio
acondicionado en la pagina “Espacios Acond” mientras que las ganancias solares son la suma de
todas las ganancias que dependen del área y de la radiación recogido para cada cerramiento en cada
orientación.
Después, vienen las ganancias netas que toman en cuenta el factor de utilización del edificio.
Este factor de utilización esta calculado por el programa en funcion del tipo de inercia que pone el
utilizador. En efecto, se puede elegir dentro de una lista de cinco niveles de inercia, de “very light”
(poca inercia) hasta “very heavy” (mucha inercia).
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7 Proyecto de Fin de Carrera
Calculo de la demanda de calefacción
La demanda de calefacción se obtiene de manera fácil retirando a las pérdidas totales
definidas, las ganancias brutas. Al fin de comparar los edificios y de analizar la eficiencia del nuestro
es más interesante de determinar la demanda específica que representa a la demanda por metros
cuadrados de espacio acondicionado.
Sistemas pasivos
La última parte de esta página permite al utilizador de recoger los posibles datos del muro
especial que quiere añadir al edificio. No se puede elegir al tipo de muro que será añadido porque los
tres tipos (definidos en la segunda parte de esta acta) serán calculados. Entonces solo se necesitan el
área del muro, su orientación y el tipo de vidrio que será utilizado.
b) Pagina “Espacios acondicionados del edificio”
Cada espacio acondicionado será definido en esta parte del programa. Todos los datos
recogidos aquí serán utilizados en las páginas “Visu” y “Datos salida” que resumen los resultados y
calculan las características del edificio.
En primer lugar, es posible para el utilizador de definir el espacio con una designación lo que
le permite de organizar su trabajo, sus espacios acondicionados. También hay que dar en primer
lugar la altura media y el área acondicionada del espacio acondicionado:
Recogido de los cerramientos
En segundo lugar, el utilizador tiene que recoger las características de los cerramientos. Para
cada cerramiento de cada orientación hay que estimar el área y el coeficiente de transmitancia de los
muros, de las ventanas y de las puertas que lo componen.
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Recogido de los puentes térmicos
En tercero lugar, el utilizador debe estimar los puentes térmicos del espacio acondicionado.
Esta estimación puede hacerse con otro programa (que permite de calcular de manera precisa los
puentes térmicos en función de las características constructivas del edificio). Para cada tipo de
puente, hay que evaluar la longitud del puente y su coeficiente de transmitancia lineal (en W/m.K).
La tabla siguiente calcula las pérdidas totales por cada tipo de puente:
Recogido de las ganancias
Por fin, para cada espacio acondicionado, el programa calcula dos tipos de ganancias: las
ganancias solares y las ganancias internas. Para eso, el utilizador tiene que recoger el factor solar de
las ventanas o de las puertas situadas sobre cada fechada así como el factor de sombra. Estos valores
dan la posibilidad al programa de calcular el factor solar modificado así como el área solar que
permite de calcular las ganancias de las que se puede aprovechar sobre cada fechada.
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9 Proyecto de Fin de Carrera
Además, un valor medio de las ganancias internas del espacio acondicionado tiene que ser
estimada por el utilizador si quiere que se tome en cuenta este tipo de ganancia. Así, para cada
espacio acondicionado se puede diferenciar las cargas internas dadas a los equipos o a las
iluminaciones presentes a dentro.
c) Pagina “Datos de salida”
Esta página es un resume de todos los resultados que salen del programa. Permite al
utilizador de coger los datos que necesita de manera simple, comparando las opciones que lo
propone el programa.
Transmitancias Detalladas Edificio Objeto (W/m².K)
La primera parte de las salidas es compuesta de una tabla que nos da las transmitancias del
edificio tomando en cuenta todos los espacios acondicionados y diferenciando los varios tipos de
cerramientos o de huecos presentes.
Transmitancias Medias y Límites (W/m².K)
Esta parte de la pagina valida o no la valor del coeficiente de transmitancia de cada
cerramiento y de cada hueco a frente de las valores limites que son dadas por la norma.
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10 Proyecto de Fin de Carrera
Factor solar modificado
Como en la parte anterior, la tabla de esta parte de la página permite de comparar un valor
con el valor reglamentario. En este caso, se trata de comparar el valor del factor solar media del
edificio (que toma en cuenta todos los factores solares de los espacios acondicionados) con el valor
del factor solar del edificio de referencia que nos da la norma.
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11 Proyecto de Fin de Carrera
Indicadores de Eficiencia Energética (IEE)
El valor del indicador de eficiencia energética del edificio estudiado toma un valor por
defecto de uno. Así, se puede comparar con el valor del edificio de referencia y deducir de manera
fácil si nuestro edificio está conforme. En efecto, si el valor del indicador de eficiencia del edificio de
referencia es inferior a uno, significa que el edificio estudiado tiene un indicador de eficiencia
energética mejor así pues que sus características energéticas globales son mejoras que las de un
edificio de referencia que tendría el mismo tamaño pero coeficientes de transmitancia de referencia.
Se hace el cálculo para los indicadores de eficiencia energética que comparan los coeficientes
de transmitancia de los cerramientos como para los IEE que comparan los factores solares
modificados.
Comparación Demanda Calefacción
Por fin, la última parte de esta página resume las características del edificio comparando las
opciones posibles. Los resultados de cada opción y del edificio de referencia son puestas costa a
costa al fin de poder identificar la solución la más eficiente, que tiene un indicador de eficiencia
energética lo más pequeño.
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12 Proyecto de Fin de Carrera
d) Ejemplo con un edificio
Para acabar esta acta, vamos a hacer algunos ejemplos que nos permitirán de probar nuestro
programa y de analizar los resultados al fin de ver si son en adecuación con la realidad. Entonces,
para eso, hemos elegido un tipo de vivienda de una planta con varias ventanas y puerta. El tema del
ejercicio es de poner esta casa en varios sitios y de cambiar sus características (la composición de sus
cerramientos) al fin de que cumplir la norma.
La vivienda es un cuadrado de diez metros de lado. Tiene cuatro espacios acondicionados:
dos habitaciones, una cocina y un salón. Hemos dibujado cinco ventanas: una para cada orientación y
dos al sur y dos puertas: un al sur y un al oeste. El plan de la vivienda es el siguiente:
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13 Proyecto de Fin de Carrera
Ejemplo 1: Sevilla, sin aislamiento
Para este primer ejemplo consideremos que los cerramientos del edificio tienen las
composiciones detalladas en la tabla que sigue. Las ventanas y las puertas de vidrio son compuestas
de vidrio simple. El edificio está situado en Sevilla, capital de Andalucía.
Ubique SEVILLA
Muros Suelo Cubierta
Hormigon (cm) 20 14 12
Aislamiento (cm) 0 0 0
Ventana Simple Puerta de vidrio Simple
Vidrio del elemento pasivo
Simple
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14 Proyecto de Fin de Carrera
Podemos ver que claramente con el IEE no cumple la norma de ninguna manera. Estamos en
un sitio caliente de España pero una vivienda sin aislamiento no puede alcanzar los valores
normativas mínimas. En esta situación los elementos no son relevantes, bajan la demanda pero sería
gastar dinero para pocos resultados. La única cosa que se suele hacer es dejar las pérdidas de la
envolvente con aislamiento. Por eso en el ejemplo siguiente añadimos una capa de aislante por
todos los cerramientos y utilizamos vidrios dobles.
Ejemplo 2: Sevilla, con aislamiento y elemento pasivo con vidrio simple
Para este segundo ejemplo consideremos que los cerramientos del edificio tienen las mismas
composiciones más aislamiento en cada cerramiento. Las ventanas y las puertas de vidrio son
compuestas de vidrio doble mientras el vidrio del elemento pasivo es un vidrio simple. El edificio está
situado en Sevilla, capital de Andalucía.
Ubique SEVILLA
Muros Suelo Cubierta
Hormigon (cm) 20 14 12
Aislamiento (cm) 4 4 6
Ventana Doble Puerta de vidrio Doble
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15 Proyecto de Fin de Carrera
Vidrio del elemento pasivo
Simple
Con el aislamiento y las nuevas ventanas las pedidas bajan de 5000 kwh por el mes de enero
en Sevilla. Allí podemos ver la importancia del aislamiento y de la cualidad de los huecos. Ahora
cumplimos la norma ya con el edificio inicial con un IEE de 0,89. Además, con los elementos pasivos
conseguimos a bajar la demanda:
El muro solar baja las perdidas con la resistencia del vidrio y en la cámara de aire añadidos. Y
aprovecha de la radiación solar y del efecto invernadero. Entonces baja las perdidas y sube
las ganancias.
El muro trombe sube un poco las perdidas del hecho de las pérdidas entre el flujo de aire y
el vidrio. Del otro lado las ganancias suben mas, el flujo de aire recupera calor del interior y
de la radiación solar. Igualmente la pared amacena calor de la radiación y la transmita.
Suben más las ganancias que las perdidas.
El muro pariétodinamico por su parte baja las pérdidas porque una parte del aire necesario
al local pasa por este elemento, se debe deducir este caudal de la infiltración. Se ve por el
coeficiente de perdidas por infiltración que es el único más bajo de los otros. Las ganancias
son altas porque aprovecha de las mismas cosas que el trombe pero utilizando aire exterior
con salto de temperatura más alto. Suele ser el mejor sistema si la vivienda tiene buena
estanqueidad y que todo el aire pasa por el pariétodinamico. Pero en la práctica es difícil de
construir.
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16 Proyecto de Fin de Carrera
Ejemplo 3: Sevilla, con aislamiento y elementos pasivos con vidrio
doble
Para este tercero ejemplo consideremos que los cerramientos del edificio tienen las mismas
composiciones más aislamiento en cada cerramiento. Las ventanas y las puertas de vidrio son
compuestas de vidrio doble como el vidrio del elemento pasivo. El edificio está situado en Sevilla,
capital de Andalucía.
Ubique SEVILLA
Muros Suelo Cubierta
Hormigon (cm) 20 14 12
Aislamiento (cm) 4 4 6
Ventana Doble Puerta de vidrio Doble
Vidrio del elemento pasivo
Doble
Con esta hoja vemos que con un vidrio más aislante en el elemento pasivo el IEE baja para
todos los elementos pasivos. Se debe tomar en cuenta el balance entre el factor solar que baja y la
resistencia térmica que sube.
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17 Proyecto de Fin de Carrera
Ejemplo 4: Burgos, con aislamiento y elementos pasivos con vidrio
doble
Para este ejemplo consideremos que los cerramientos del edificio tienen las mismas
composiciones más aislamiento en cada cerramiento. Las ventanas y las puertas de vidrio son
compuestas de vidrio doble como el vidrio del elemento pasivo. El edificio está situado en Burgos,
capital de Burgos.
Ubique BURGOS
Muros Suelo Cubierta
Hormigon (cm) 20 14 12
Aislamiento (cm) 4 4 6
Ventana Doble Puerta de vidrio Doble
Vidrio del elemento pasivo
Doble
Planteamos el mismo edificio en burgos y vemos que una buena vivienda en Sevilla no lo es
en un clima más frio. El IEE supera a 1. Tenemos que bajar de nuevo las pérdidas de la envolvente.
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18 Proyecto de Fin de Carrera
Ejemplo 5: Burgos, con alto aislamiento y elementos pasivos con vidrio
doble de baja emisividad
Para este ejemplo consideremos que los cerramientos del edificio tienen las mismas
composiciones más aislamiento en cada cerramiento. Las ventanas y las puertas de vidrio son
compuestas de vidrio doble de baja emisividad como el vidrio del elemento pasivo. El edificio está
situado en Burgos, capital de Burgos.
Ubique BURGOS
Muros Suelo Cubierta
Hormigon (cm) 20 14 12
Aislamiento (cm) 6 6 10
Ventana Doble BE Puerta de vidrio Doble BE
Vidrio del elemento pasivo
Doble BE
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19 Proyecto de Fin de Carrera
Con elementos más eficiente cumplimos la norma. En un clima más frio la utilización de
elementos pasivos es relevante también. Bajando las pérdidas se puede aprovechar de las ganancias
solares
Ejemplo 6: Sevilla, con alto aislamiento y elementos pasivos con vidrio
doble de baja emisividad
Para este ejemplo consideremos que los cerramientos del edificio tienen las mismas
composiciones más aislamiento en cada cerramiento. Las ventanas y las puertas de vidrio son
compuestas de vidrio doble de baja emisividad como el vidrio del elemento pasivo. El edificio está
situado en Sevilla, capital de Andalucía.
Ubique SEVILLA
Muros Suelo Cubierta
Hormigon (cm) 20 14 12
Aislamiento (cm) 6 6 10
Ventana Doble BE Puerta de vidrio Doble BE
Vidrio del elemento pasivo
Doble BE
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20 Proyecto de Fin de Carrera
Ultimo ejemplo movemos el edificio con alto aislamiento en Sevilla. Por supuesto cumple la
norma. Lo que es interesante es que acercamos de un edificio my eficiente durante el invierno y
utilizamos energía renovable aprovechando del sol.
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21 Proyecto de Fin de Carrera
CONCLUSION
Este proyecto trata de un tema central en la problemática actual: el consumo de energía en
el edificio durante el periodo de invierno. En España las diferencias de severidad climática hacen que
existe diferencia grande de eficiencia entre las viviendas. Lo vemos bien con los ejemplos de Sevilla y
Brugos. Entonces cada zona no tienen los mismos niveles de expectación de aislamiento. Sin
embargo observamos que una calidad constructiva mínima es necesaria en toda la península. Por eso
existe la norma que da los cerramientos y huecos de transmitancia mínima para cada zona. Nuestra
herramienta informática permite de verificar que un edificio cumple o no la norma. Es el primer
paso. Lo interesante es que además tenemos el detalle de cada poste de consumición, con eso
podemos ver donde están los puntos débiles y fuertes de la casa. Para concentrar las inversiones en
material eficiente. La primera cosa que sale de este estudio es que hasta que las pérdidas no sean
controladas, no vale nada de añadir sistemas de recuperación de energía o cualquier elemento que
suele subir las ganancias térmicas del edificio. Una vez que la vivienda es normativa y que
consideramos las perdidas aceptable se puede tomar en cuenta el tema de las ganancias. Tratamos
de elementos pasivos que van a aumentar las ganancias aprovechando de energía gratuita e
ilimitada: la radiación solar. Según la orientación se puede aprovechar de los rayos de sol en invierno.
La orientación sur es la mejor para estos elementos tal el muro solar, trombe, pariétodinamico. En
invierno cuando el sol es bajo los royos tocan el vidrio del muro, utiliza el efecto invernadero en la
cámara de aire. En verano lo bueno es que se puede proteger el vidrio con un elemento de sombra o
una persiana. Con los sistemas de trombe y pariétodinamico una parte de las perdidas por el
cerramiento se recupera con el flujo de aire. Además, el pariétodinamico reduce la carga de
ventilación por la parte de aire exterior que pasa por la cámara de aire. Este último es muy
interesante porque además de tener la mejor eficiencia teórica puede cambiar se en fachada
ventilada en verano para bajar la temperatura interior. Tenemos que poner la atención sobre el
hecho que estos elementos necesitan una regulación y una calidad constructiva alta para conseguir a
bajar la demanda.
El sentido de este proyecto es mostrar cómo se baja la demanda energética según el tipo de
construcción y la localidad. Primer paso: bajar la transmitancia de los cerramientos y huecos.
Segundo: subir las ganancias gratuitas.