Acondicionamiento Térmico y Lumínico L mínico y Eficiencia energética Sector Residencial Curso formación docente 2010 / ANEP UTE RETEMA Alicia Picción Facultad de Arquitectura UDELAR FORMAS DE LA ENERGÍA Modificado de J.M. Aroztegui LUZ Relaciones entre Ser humano y MA Relaciones entre el ambiente construido y el MA Controles pasivos Relaciones con la E. luminosa SONIDO Relaciones con la E. térmica Relaciones con la E. sonora Confort Seguridad Economía Eficiencia Estética Diseño del Ambiente construido Estrategias de diseño para la iluminación, calefacción, refrigeración, ventilación y acústica natural Forma Controles activos CALOR Orientación Distribución espacial Envolvente Materiales Iluminación eléctrica Curso formación docente 2009 / ANEP UTE RETEMA Calefacción refrigeración ventilación mecánica mecánica, AA Electro acústica RECURSOS Relaciones con los recursos Necesidades Aprovisionam Desperdicios Suministro Evacuación Disposición Sistemas de energía Renovables No renovables Alicia Picción Facultad de Arquitectura UDELAR Las relaciones con la energía arquitectura / medio ambiente / sustentabilidad Ecológica Social Curso formación docente 2009 / ANEP UTE RETEMA Económica Alicia Picción Facultad de Arquitectura UDELAR CLIMA CLIMA INTERIOR USUARIO CONFORT EDIFICIO DISEÑO ARQUITECTÓNICO Aprovechamiento de: RECURSOS NATURALES RECURSOS DE DISEÑO TÉRMICO Las relaciones con la energía CONFORT norma ISO 7730 “Esa condición de la mente en la que se expresa la satisfacción con el ambiente térmico térmico” Enfoque CUANTITATIVO: usuario EQUILIBRIO TÉRMICO, É condición necesaria El Balance de energía del cuerpo, calor producido por el metabolismo = a la cantidad de calor perdida por el cuerpo cuerpo. Para que el calor no eleve la temperatura interna es preciso que sea disipado al ambiente. M ± W ± R ± C ± Ccd ± Cclo ± Cres ± E Eres –E=A Tc = 0.5 ta + 0.5 tr (± 1.5 1 5ºC) C) Interrelacion SH / Amb; Intercambios energéticos PARÁMETROS del AMBIENTE Temperatura radiante Índices de confort – Modelo adaptativo H Humphreys, h A Auliciems… li i Control de: Ventilación Asoleamiento . luz T aire y radiante Ubicación en el espacio ADAPATBILIDAD de y en el ESPACIO CONTACTO VISUAL Factores acto es arquitectónicos Temperatura del aire Temperatura Radiante Humedad Relativa Velocidad del Aire PARAMETROS AMBIENTALES ACTIVIDAD PERCEPCIÓN DEL AMBIENTE TÉRMICO VISUAL VESTIMENTA FACTORES PERSONALES ADAPTACIÓN EXPERIENCIA EXPECTATIVAS ZONA VARIABLE DE CONFORT TÉRMICO De acuerdo al modelo adaptativo, definir un rango de temperaturas (no fijo ni constante), constante) que depende de: la situación del entorno fijo las características del ocupante la interacción entre el entorno y el ocupante la zona se desplaza hacia temperaturas más altas o más bajas bajas, se estrecha o se amplía, modificándose también en relación con la humedad relativa. Consecuencia: Ti en función de Te * potencia la relación con el exterior * diferenciales de temperaturas menores * menores costos de instalación, funcionamiento mantenimiento funcionamiento, * ahorro y uso eficiente de la energía DISCUSIÓN El uso de sistemas o equipos de acondicionamiento térmico que ofrezcan condiciones ambientales únicas en todos los espacios es una estrategia errónea qué puede modificar el usuario? 90-95% de voto de aprobación? Ad t ió – flexibilidad Adaptación fl ibilid d – individualización i di id li ió Estrategias bioclimáticas Zonificación térmica Relación edificio – equipos - usuario Mecanismos de ‘corrección’ individuales Valores – pautas culturales, de uso, hábitos ESTRATEGIAS diseño BIOCLIMÁTICAS (pasivas) MONTEVIDEO CONFORT DISCONFORT CALOR 145% 14,5% FRIO 64,6% DISCONFORT SO SOMBREA MIENTO O Porcentaje de horas en que cada q estrategia es adecuada V M. R R. E A. A M. T. C. S. P. C. A H 20,9% 79,1% 14,0% 23% 2,3% 2,3% 0,1% , 29,2% 15,6% 19,9% 0,0% 31,1% CLIMA CLIMA TEMPLADO Requerimientos – desafíos a resolver Problemas del frío, del calor y amplitud de temp Frío: Aumentar la temp temp. interior media Calor: Reducir la Temp. interior media • Evitar perder calor • Captar energía solar • Evitar entrada de energía solar • Aumentar pérdidas • Control de flujos de calor en el tiempo Estrategias de diseño / Orientación, protecciones, ( térmica aislada)) ventilación,, inercia térmica (masa dispositivos arquitectónicos flexibles Clima y mic microclimas oclimas ESTRATEGIAS DE CALENTAMIENTO CAPTAR ORIENTACIONES AVENTANAMIENTOS (SIST SOLARES PASIVOS) DE ENFRIAMIENTO PROTEGER ORIENTACIONES, SOMBRA,, COLOR ENFRIAR AGUA, VIENTOS, CONSERVAR OPTIMIZACION DE LA AISLACION TERMICA EVITAR DISIPAR OPTIMIZAR AISLACION VENTILACION NAT DISTRIBUIR MODERAR MASA TÉRMICA VENTILACION ALMACENAR MASA TERMICA MODERAR MINIMIZAR CONTROL EMISIONES INTERNAS La cantidad,, calidad y distribución de la luz depende del funcionamiento conjunto de los sistemas utilizados. sus CAPTAR REPARTIR AVENTANAMIENTOS ORIENTACION SUPERFICIES PROTEGER ALEROS CONTROLAR FILTROS FOCALIZAR AVENTANAMIENTOS LUMIDUCTOS principales funciones: proveer iluminación natural, protección solar y control térmico, protección de deslumbramiento,, redireccionar la luz natural FORMAS DE TRANSMISIÓN DEL CALOR EDIFICIO T prom horarios -San Martin 903 24 de julio al 30 de julio de 2007 T prom horarios -San San Martín-apto Martín apto 903 22 de febrero al 28 de febrero de 2007 40.00 22/02/ 24/02/ 26/02/ 25 00 25.00 marte jueves sábad lunes 20.00 28/02/ 15.00 30.00 10.00 25.00 5.00 20.00 0.00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 ºC ºC 35.00 15.00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 2 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 2 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 2 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 2 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 2 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 2 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 2 HOBO -estar hobo exterior HOBO-dormitorio La arquitectura es dinámica SM estar 30.00 25.00 20.00 Te mp e r a tu r a ( º C)) SM dormitorio hobo exterior 15.00 10.00 Dormitorio Et i Exterior Estar 5.00 0.00 1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 7 10 13 16 19 22 Hora Construcción liviana EDIFICIO 45.0 T ext. Solar protection Free floating Mass Mass+Solar protection 40.0 Tem m peratures (ºC) 35.0 30.0 Construcción liviana p adaptada MASA TERMICA 25.0 Summer comfort range 20.0 Aislación 15.0 Protección solar 10.0 5.0 12/27 01:00:00 12/28 01:00:00 12/29 01:00:00 12/30 01:00:00 Days 12/31 01:00:00 01/01 01:00:00 01/02 01:00:00 ventilación LUZ NATURAL DIRECTA Control y distribución de la radiación solar directa Calor (períodos frío - caluroso) y Luz (contrastes – deslumbramientos) Control de flujos de energía en el espacio y el tiempo Control de flujos de energía en el espacio y el tiempo Tomado de Prof. G. Gonzalo – curso Uruguay 2008 Control de flujos de energía en el espacio y el tiempo Tomado de Prof. G. Gonzalo – curso Uruguay 2008 Control de flujos de energía en el espacio y el tiempo Tomado de Prof. G. Gonzalo – curso Uruguay 2008 VIVIENDAS en FRIBURGO - Alemania VIVIENDAS en FRIBURGO - Alemania CRITERIOS AMBIENTALES VIVIENDAS en FRIBURGO - Alemania CRITERIOS AMBIENTALES Etiquetaje de edificios: Sello vivienda pasiva CERRAMIENTOS TRANSPARENTES a)) EFECTO INVERNADERO b) TRANSMITANCIA Radiación solar a)) EFECTO INVERNADERO Incremento de temperatura interior te>ti ti>te BALANCE G P G Radiación onda larga superficies FORMAS DE TRANSMISIÓN DE CALOR FORMAS DE TRANSMISIÓN DEL CALOR CERRAMIENTOS TRANSPARENTES • R Radiación di ió solar l • Diferencia de temperaturas AMBOS FENÓMENOS SE ESTUDIAN POR SEPARADO • Radiación solar • Diferencia de temp. Transmisión por RADIACIÓN Transmisión por COND / RAD / CONV FACTOR SOLAR Fs TRANSMITANCIA U SIMULACIÓN TÉRMICA: I. influencia del factor de huecos y orientación sobre consumo de energía para calefacción Consum o anual x m 2 de calefacción según % huecos y orientaciòn Norte Este Sur Oeste Calefacciión anual (Kw wh/m2) 50 40 Calefacción: Menor consumo = de 2 a 7 Kwh/m2 (NORTE) Mayor consumo = de 19 a 25 Kwh/m2 (SUR) 30 20 10 0 10 20 30 40 50 Huecos %%huecos DEPARTAMENTO DE CLIMA Y CONFORT EN ARQUITECTURA (DECCA) – FACULTAD DE ARQUITECTURA - UDELAR 60 SIMULACIÓN TÉRMICA: I. influencia de la transmitancia U sobre consumo de energía para calefacción y refrigeración Consum o anual Kw h x m 2 apto. últim o piso variando aislación del techo y pared siem pre con 2cm . aislante Calefacción Refrigeración 50 Kwh h/m2 año 40 Calefacción= de 29 a 20 Kwh/m2 Refrigeración= 19 a 10 Kwh/m2 Refrigeración 30 20 10 0 S/a Ty2 cm.P 2cm.Ty 2cm.P 3cm.Ty 2cm.P 4cm.Ty 2cm.P 5cm.Ty 2cm.P Aislante techo y 2cm.paredes DEPARTAMENTO DE CLIMA Y CONFORT EN ARQUITECTURA (DECCA) – FACULTAD DE ARQUITECTURA - UDELAR DEPARTAMENTO DE CLIMA Y CONFORT EN ARQUITECTURA (DECCA) – FACULTAD DE ARQUITECTURA ‐ UDELAR MAYORES IMPACTOS Invierno: orientación factor huecos t transmitancia it i til ió Verano: protección ventilación factor huecos SIMULACIÓN TÉRMICA: I. influencia del factor de huecos y orientación sobre consumo de energía para refrigeración Consum o anual x m 2 de refrigeración según % huecos y orientación Norte Este Sur Oeste Refrigeración anual ((Kwh/m2) 50 40 Refrigeración: menor consumo = 5 a 12 Kwh/m2 (SUR) mayor consumo= 12 a 50 Kwh/m2 (otras) 30 20 10 0 10 20 30 40 50 %%huecos huecos DEPARTAMENTO DE CLIMA Y CONFORT EN ARQUITECTURA (DECCA) – FACULTAD DE ARQUITECTURA - UDELAR 60 SIMULACIÓN TÉRMICA: I. influencia del factor de huecos y orientación sobre consumo de energía para refrigeración Protección solar y ventilación natural Consum o anual x m 2 de refrigeración según huecos y orientación Norte Re efrigeración anual (Kwh h/m2) 50 Este Sur Oeste 40 Refrigeración: mayor consumo de 4 a 5 Kwh/m2 (OESTE) menor consumo 2 Kwh/m2 (ESTE) 30 20 10 0 10 20 30 40 50 Huecos %% huecos DEPARTAMENTO DE CLIMA Y CONFORT EN ARQUITECTURA (DECCA) – FACULTAD DE ARQUITECTURA - UDELAR 60 NORMATIVA IMM: Cerramientos opacos: p U máxima admisible (W/m2K) Techos y cerramientos verticales exteriores = 0.85 W/m2K Cerramientos transparentes: Fh 0a 25% 25 a 60% Uh(W/m2K) Orientación N E O S Protección solar Orientación N E O S 5.8 5.8 5.8 5.8 - - - - 5.8 5.8 5.8 2.8 si si si - DEPARTAMENTO DE CLIMA Y CONFORT EN ARQUITECTURA (DECCA) – FACULTAD DE ARQUITECTURA - UDELAR METODOLOGÍAS DE EVALUACIÓN Visión ciclo de vida: “de la cuna a la tumba” Una cuestión CIVILIZATORIA no sólo Tecnológica e INTEGRAL: requiere UN CAMBIO Extracción Demolición Alteraciones del agua Impactos ambientales Preservación, recursos nat. salud confort Desmonte Operación, mantenimiento y servicios Costos de mantenimiento residuos id Fuente: Gaudin, 2002 (Modificado de Basto y Barroso, 2006) traducción M. N. López Controles activos: instalaciones y equipos y q p Acondicionamiento Térmico ¿Qué objetivos cumplen? 1. Brindar confort térmico y calidad del aire interior para los usuarios. 2. Manejo y control de la energía en los edificios. Debemos recordar 1. No resuelven errores de diseño (no es su cometido) Asimetrías térmicas, incidencia solar directa, etc. 2. No garantizan el confort térmico de todos los usuarios. 3. No independizan de las condiciones exteriores 3 (El edificio siempre va a funcionar de acuerdo al clima pero si pueden aislar al ser humano del medio exterior). Controles activos: calefacción Balance Térmico: pérdidas / ganancias S define Se d fi la l cantidad tid d de d energía í té térmica i (Qt - calor) l ) a aportar t o extraer t para mantener determinadas condiciones de confort. El sistema o equipo aportará Qt consumiendo Q Eficiencia del sistema: Qt / Q < 1 Para mejorar eficiencia: Optimizar Q Minimizar Qt Controles activos: calefacción Optimizar Q Solución de Acond Acond. Térmico adecuada: indiv, central, respuesta rápida o lenta, combustible … Elección de sistemas y equipos de calefacción más eficientes Control y regulación: termostatos, timers, domótica Zonificación Distribución del calor Minimizar Qt Factores: ganancia solar, características de la envolvente, infiltraciones, ventilación necesaria, cargas internas. Temperaturas de diseño según rango Controles activos: calefacción Generación de calor / distribución y emisión / regulación y control Convectivos / Radiantes I. Sistemas Individuales Fuente de energía: Electricidad o gas p/cañería leña II. Sistemas Centrales (directos o por acumulación)) Fuente: gas oil, fuel oil, gas, leña, electricidad Controles activos: calefacción indiv Convectores convección natural di i disipación ió inmediata i di gas Efecto Joule Convección forzada, acumulativo. Controles activos: calefacción indiv cuarzo Efecto Joule Losa radiante eléctrica Sistema acumulativo - Respuesta lenta control individual por local (termostato) Pantallas radiantes y tubos radiantes a Gas Controles activos: calef. bomba de calor Controles activos: calef. bomba de calor Controles activos: calefacción central Radiadores Zócalo convectores Emisión: convección Distribución de calor Controles activos: calefacción central Climatizador Equipo de aire caliente Emisión: convección forzada Distribución de calor por conductos y difusores Controles activos: calefacción central Losa radiante de agua caliente de piso •La distribución de temperatura p es uniforme. • Es un sistema que demora de 4 a 5 hs. para entrar en régimen Mejoran asimetrías radiantes si no existen grandes sup. vidriadas Controles pasivos: iluminación natural IMPORTANCIA de la LUZ NATURAL en ILUMINACIÓN El ser humano está adaptado a la luz natural y sus cambios Cambios luz sombra Calidad de la luz solar: - es dinámica - reproducción de colores Orientación temporal y espacial Percepción visual de espacios y objetos Conexión con el paisaje exterior Guiar y distribuir la luz optimizar la orientación de las plantas Categorización de formas y orientaciones para el aprovechamiento de la LN excelente malo N MB malo 50 4.‐ sistemas c/sombra que usan la luz difusa Dejar pasar y regular la luz Trabajan sobre la luz difusa y rechazan la directa, < E lx De metal o plástico, ext o int, Control de Deslumbramiento. Ahorro de energía en iluminación y refrigeración Persianas P i lamas 51 EFICIENCIA de la LUZ NATURAL Eficiencia de radiación luminosa Øv / Ør (lm/W) Di t ib ió de Distribución d la l energía í 160 140 120 100 80 60 40 20 0 incand. fluoresc F.comp. 150 w 150 w 26 w sol cielo medio cielo claro NIVELES DE ILUMINACIÓN Tomado de Prof. E. Di Fabio 2006 NIVELES DE ILUMINACIÓN Tomado de Prof. E. Di Fabio 2006 CONFORT VISUAL Recomendaciones Distribución de la luz Nivel de iluminación adec ado adecuado Controles: On/Off Zonificación Atenuación ((dimerización)) Sensores de movimiento Timers Mantenimiento Reposición CALIDAD / Distribución de la luz Textura y color de superficies Refle iones (tipo espejo) Reflexiones Luces y Sombras Relaciones de luminancias entre la tarea y el entorno Control de deslumbramiento NIVELES DE ILUMINACIÓN Cuál es el nivel de iluminación adecuado, ó cuántos luxes se necesitan para iluminar un ambiente? Tarea? Valores recomendados por la CIE Controles activos: iluminación artificial Principio de funcionamiento T Termo radiación: di ió se calienta li t un sólido ólid (fil (filamento) t )h hasta t ell punto t de incandescencia Descarga: de electrones en una atmósfera gaseosa y la emisión de radiaciones Controles activos: iluminación artificial Distribución de la energía Controles activos: iluminación artificial Eficiencia luminosa LÁMPARA Relación entre la cantidad de luz generada y la p g potencia consumida para producirla (lúmenes por vatio) Tomado de Prof. E. Di Fabio 2006 Rendimiento de una LUMINARIA Relación entre el flujo luminoso que sale de la luminaria y el flujo de la lámpara que contiene (%) Controles activos: iluminación artificial Índice de reproducción cromático IRC: Es un indicador (imperfecto) de la capacidad relativa de reproducción del color de una fuente de luz luz. Escala de 0 a 100: las fuentes de luz con un IRC alto (80-100) suelen ofrecer mejor aspecto a personas y objetos que las de IRC b bajo. j T Temperatura t de d color l Define el tono blanco, amarillo o azul de una fuente de luz, su calidez o frialdad. No define el matiz más o menos natural de los colores de los objetos aparece al iluminarlos. Dos colores de lámparas p p pueden tener la misma temperatura de color y reproducir los colores de forma muy distinta. Controles activos: iluminación artificial Tabla comparativa – uso residencial Tomado de Prof. E. Di Fabio 2006 Controles activos: iluminación artificial Incandescentes Apariencia p de color cálido Buena reproducción cromática Encendido instantáneo Potencias varias Fácil instalación Bajo coste Fluorescentes compactas Buena eficiencia luminosa Variedad de apariencia de color Fácil instalación / casquillo baja emisión de calor Larga vida útil Bajo coste Costo medio Reducida eficiencia luminosa B j vida Baja id útil Alta emisión de calor Usos: Iluminación interior Iluminación local Usos: Iluminación interior Iluminación local Taller: ¿Cómo mejorar la eficiencia Taller: ¿Cómo mejorar la eficiencia energética en el Hogar/Liceo? • 1) 1) A partir de la lectura de una factura de UTE A partir de la lectura de una factura de UTE ¿Qué medidas adoptaría para bajar el consumo mejorando la eficiencia energética? • 2) Acondicionamiento ¿Qué medidas adoptaría para mejorar el ahorro y eficiencia energética en: ahorro y eficiencia energética en: – Acondicionamiento Lumínico? – Acondicionamiento Térmico? Energía Fabricante Marca ABCDEF XYZ (lOGOTIPO) Sistema de deshielo Modelo / tensión (V) / frecuencia (Hz) Más eficiente A B C D E F G Menos eficiente Sobre la base del resultado obtenido en 24h en condiciones de ensayo normalizado. El consumo real depende de las condiciones de uso y su localización CATEGORÍA DE APARATO CONSUMO DE ENERGÍA MENSUAL (kWh) Temperatura de ensayo:25ºC POTENCIA NOMINAL (kW) xxxxxxxxxxx XXXX/000/00 A XY,Z XY,Z Volumen útil del compartimiento refrigerado (I) 000 Volumen útil del compartimiento de congelados (I) 000 Temperatura del compartimiento de congelados (ºC) -18 Norma UNIT 1138 IMPORTANTE EL CONSUMO REAL VARIA DEPENDIENDO DE LAS CONDICIONES DE USO DEL APARATO Y SU LOCALIZACIÓN. LA ETIQUETA SÓLO PUEDE SER RETIRADA POR EL USUARIO. Energía Fabricante Marca SECARROPAS ABCDEF XYZ (LOGOTIPO) Modelo XXXX Más eficiente A A B C D E F G Menos eficiente CONSUMO DE ENERGÍA (kWh/ciclo) (sobre la base del resultado obtenido en un ciclo de secado normalizado "algodón seco") X,YZ CAPACIDAD EN kg DE ALGODÓN X,Y POTENCIA NOMINAL (kW) X,Y TIEMPO DE SECADO (min) XY EVACUACIÓN CONDENSACIÓN Norma UNIT 1148 IMPORTANTE EL CONSUMO REAL VARIA DEPENDIENDO DE LAS CONDICIONES DE USO DEL APARATO Y SU LOCALIZACIÓN. LA ETIQUETA SÓLO PUEDE SER RETIRADA POR EL USUARIO. Sobre la base del resultado obtenido en un ciclo de secado normalizado, algodón seco. El consumo real depende de las condiciones de uso del aparato. CALENTADOR ELÉCTRICO DE ACUMULACIÓN Energía Fabricante Marca ABCDEF XYZ (Logo) Modelo Capacidad nominal (litros) Presión nominal (MPa) IPQR 0000 XYZ Más eficiente A A B C D E El consumo efectivo depende del clima y del uso del aparato Menos eficiente CONSUMO DE ENERGÍA MENSUAL (kWh) XY,Z Corresponde a un vaciado y un llenado diarios POTENCIA NOMINAL (kW) TIEMPO DE CALENTAMIENTO (h) Norma UNIT 1157 IMPORTANTE EL CONSUMO REAL VARIA DEPENDIENDO DE LAS CONDICIONES DE USO DEL APARATO Y SU LOCALIZACIÓN. LA ETIQUETA SÓLO PUEDE SER RETIRADA POR EL USUARIO. XX,Y XX,Y INFORMACIÓN INFORMACIÓN AHORRO 80%