limitación de la demanda energética
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ENERGÉTICA EDIFICATORIA HE1: LIMITACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA Introducción • El elevado consumo energético, debido a las nuevas exigencias de confort, y al incremento de construcción de edificios, provoca de forma directa unas emisiones elevadas de CO2 • Actualmente hay uno marco legal favorable: – La entrada en vigor del “Código Técnico de la Edificación (RD 314/2006 del 17 de marzo), Documento Básico de Ahorro Energético DB-HE), – La modificación del “Reglamento de Instalaciones Térmicas de Edificios (RITE)”, – La aplicación de la Certificación Energética (RD 47/2007 de 19 de enero ), Introducción Consumo = Demanda/Rendimiento Reducción de la Demanda. Aumento del rendimiento en sistemas convencionales Uso de sistemas alternativos (Energías renovables) Reducción de la demanda REDUCCION DEL CONSUMO ENERGÉTICO Introducción • Los parámetros de diseño que influyen en el comportamiento térmico de los edificios son los siguientes: – – – – – – – Clima y orientación Forma y volumen Comportamiento de la masa del edificio: inercia térmica Protecciones solares Iluminación natural Ventilación natural La envolvente del edificio: aislamiento térmico Clima y orientación • Las fachadas con orientación este y oeste reciben 2,5 veces más radiación en verano que en invierno, por tanto hará falta tener mucho cuidado de las protecciones solares. • Las fachadas de orientación sudeste y suroeste reciben una cantidad de radiación muy similar a lo largo de todo el año. • La fachada norte recibe muy poca radiación directa y esta sólo se produce en verano. • Por tanto, la orientación mas favorable es hacia el sur, puesto que permite una protección fácil de la radiación solar a mediodía mediante aleros o lamas horizontales y el resto del día está a exposición reducida. Forma y volumen • La forma del edificio determina la superficie de piel exterior que está en contacto con el ambiente exterior, y por tanto que se ve directamente afectada para la radiación solar y la exposición a los vientos. • Es en definitiva un indicador de las pérdidas o ganancias de energía interior hacia el exterior. • Cuánta mas superficie haya más intercambio térmico habrá, situación que es favorable en el caso de clima templado y desfavorable en el caso de clima continental. • El volumen es un indicador de la cantidad de energía almacenada dentro del edificio. La relación entre superficie y volumen del edificio es el factor de forma, muy útil porque da una primera valoración de la sensibilidad de las condiciones interiores a variaciones de las condiciones exteriores. Inercia térmica • Muros de acumulación • Las características de los muros son las siguientes: • Utilizan materiales de gran densidad, espesor de 25-40 cm, cara exterior de color oscuro, orientación sur (± 15º). • Captan la radiación directa, acumulando el calor para liberarlo por radiación entre 8 a 12 horas. Ambos tienen en la parte exterior un vidrio que trabaja como efecto invernadero ayudando a mejorar la captación y a reducir las pérdidas hacia el exterior. • La diferencia del muro trombe es que tiene unas rejillas regulables en la parte superior y inferior del muro que permiten la convección del aire del cuarto hacia el interior, de forma que parte del calor captado es entregado inmediatamente. Muro Trombe Huecos y protecciones solares • Las ventanas tienen un papel muy importante en el funcionamiento térmico y en el confort lumínico de los edificios. • Son elementos de captación solar directa, de ventilación natural, y de entrada de luz natural, elementos vitales para la buena salud de las personas. • Dejan pasar el calor muy fácilmente y tienen pérdidas más importantes que la parte opaca de la piel exterior. Son una discontinuidad, un puente térmico importante y por lo tanto la superficie, forma, situación (que dependerá del clima y del uso del edificio) y coeficiente global de transmisión de calor (vidrio y marco) se deben controlar. Huecos y protecciones solares • La situación en fachadas sur +- 15 es la óptima para la captación solar directa o semidirecta (ventanas, galerías, colectores, etc.) garantizando el asoleo hasta el mediodía y con protección solar para evitar sobrecalentamiento durante el verano. • En la fachada norte las aperturas deben ser pequeñas. • En general y según el tipo de clima, se pueden establecer estos criterios: – Aperturas pequeñas y bien protegidas de la radiación solar en climas extremos. – Aperturas grandes que permitan la ventilación del edificio en los climas cálidos y húmedos. Huecos y protecciones solares • Estanqueidad • La estanqueidad de las viviendas a infiltraciones de aire es una norma básica para el ahorro energético durante el invierno, puesto que este aire trae una cantidad de calor que se pierde, que deberá ser aportada de nuevo por los sistemas de calefacción del edificio. Está calculado que las pérdidas de calefacción por ventilación de una vivienda bien aislada está entre el 30 al 40%. (según el tipo de cerramiento, de la renovación natural del aire o por infiltraciones de las aperturas). • Pero una estanquidad excesiva limita las renovaciones de aire y perjudica la calidad ambiental del aire interior: se acumula la cantidad de CO2 derivado de la respiración humana, incrementa la humedad interior (riesgo de condensaciones), la concentración de partículas y los compuestos volátiles, etc. Huecos y protecciones solares • Protecciones solares • Las protecciones solares de las aperturas son imprescindibles para controlar la captación solar directa durante todo el año pero especialmente en verano evitando el sobrecalentamiento. Hay dos grandes sistemas que acompañan a las aperturas: las fijas y las móviles. • Es conveniente una combinación adecuada de protecciones solares fijas y móviles, especialmente si la gestión del usuario es la correcta o hay sistemas de control domóticos. • En este sentido, las protecciones fijas (tipo voladizo, porches) son adecuadas en orientaciones sur. En orientaciones este y oeste protecciones verticales tipo pantallas. • Las protecciones móviles exteriores (toldos, persianas, pórticos, umbráculos, etc.), son adecuadas en orientaciones sur y en orientaciones este y oeste (persianas con lamas orientables verticales). Protecciones solares • Las protecciones solares tienen como objetivo proteger las ventanas de la radiación solar directa sin dificultar el aprovechamiento de la luz solar como fuente de iluminación natural y gratuita. Aislar térmicamente un edificio consiste en lograr que sus elementos en contacto con el exterior aumenten su resistencia al paso del calor, lo que se consigue incorporando materiales aislantes en: muros exteriores, cubiertas, suelos, tabiques y huecos. • Reducir el consumo/factura energética • Mejorar el confort y el bienestar • Disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero • Eliminar condensaciones y mejorar el aislamiento acústico • Añadir valor al edificio • Especialmente recomendado en los siguientes casos: • Seguridad por el reforzamiento de la fachada para evita desprendimientos. • Mantenimiento y estética por el deterioro causado por efecto del clima y el envejecimiento de los materiales. • En todos estos casos de reparación de la fachada, es recomendable el uso de sistemas de aislamiento por el exterior, ya que los costes fijos asociados a la intervención son elevados y el sobre coste de incluir el sistema de aislamiento queda muy reducido. • Posibilita el cambio de aspecto de la fachada del edificio “rejuveneciendo” su aspecto y contribuyendo a la mejora del entorno. • Corrige grietas y fisuras soporte evitando posibles filtraciones. • Tiene bajos costes de mantenimiento. • Aumenta la vida útil del edificio. • Aumenta el valor de la propiedad. • Evita trabajos en el interior. • Se puede instalar en recitos ocupados. • No reduce el espacio útil. • Se pueden instalar grandes espesores que optimicen la intervención. • Se mejora el aislamiento acústico del sistema de cerramiento. • Es un sistema de construcción "seco". El proceso de instalación es rápido y sin tiempos de espera para secado de morteros o yesos. • Es aplicable a cualquier tipo de fachada. Aislamiento térmico: Sistema SATE-ETICS • Sistema SATE: Sistema de Aislamiento Térmico de fachadas por el exterior • Valores de U (W/m2K) • La rehabilitación térmica de la fachada por el interior se recomienda, especialmente, en los siguientes casos: • Durante la realización de otros trabajos en el interior del edificio (suelos, particiones, ventanas, etc.). • Cuando no se considere modificar el aspecto exterior del edificio, con lo que no se realizará ningún gasto en elementos auxiliares, como andamios. • Siempre que compense la pérdida de espacio útil con los ahorros energéticos y beneficios medioambientales que supone la intervención. • Pueden efectuarse intervenciones “parciales” a nivel de una vivienda o sólo algunos locales. • No se precisan sistemas de andamiaje que invadan la vía pública. • Riesgo de formación de condensaciones • Es especialmente conveniente aislar por el interior cuando la vivienda o edificio no son de ocupación permanente. Al aislar por el interior, se consigue calentar la vivienda con la mayor efectividad y rapidez Aislamiento térmico: Puentes térmicos • La envolvente del edificio configura una geometría compleja, con muchos detalles, juntas y encuentros diversos. • Como resultado, en ciertas áreas, llamadas puentes térmicos, hay discontinuidades, tanto geométricas (esquinas, aristas) como materiales (interrupciones de la capa de aislamiento térmico), con el agravante de que a veces suman sus efectos (un pilar en esquina sin aislar) • Como resultado aumenta la densidad del flujo térmico y, en definitiva, surgen puntos débiles de transmisión (o transmitancia) térmica, con pérdidas de calor concentradas en ellos. Ej: Puente térmico en balcón Aislamiento térmico: Puentes térmicos Aislamiento térmico: Puentes térmicos La envolvente del edificio: Huecos • HUECOS (Ventanas) • Propiedades del marco • El marco representa habitualmente entre el 25 y el 35% de la superficie del hueco. Sus principales propiedades, desde el punto de vista del aislamiento térmico, son la transmitancia térmica y su absortividad. • Los marcos pueden clasificarse siguiendo distintos criterios. Así encontramos: • Marco Metálico: normalmente son fabricados en aluminio o acero con diferentes acabados, que pueden ser variados: lacados en diferentes colores, anodizados, foliados imitando madera, etc. • Su participación en la superficie del hueco suele ser baja, en torno al 25%, con diferentes sistemas de cierre y apertura. Como valor comúnmente aceptado se considera una transmitancia térmica U = 5,7 W/m2K. La envolvente del edificio: Huecos • Marco Metálico con RPT: la rotura de puente térmico consiste en la incorporación de uno o varios elementos separadores de baja conductividad térmica que separan los componentes interiores y exteriores de la carpintería logrando reducir el paso de energía a su través, mejorando el comportamiento térmico de la carpintería. • Los valores de transmitancia térmica comúnmente aceptados para este tipo de carpinterías son de U = 4,0 W/m2K hasta U = 3,20 W/m2K, en función de la anchura de los elementos separadores que configuran la rotura de puente térmico. • Marco de Madera: estos marcos cuentan con perfiles macizos de madera que por su naturaleza proporcionan unos niveles importantes de aislamiento térmico. Su conductividad es baja, lo que favorece el aislamiento térmico. • Sus principales limitaciones se encuentran en las operaciones de mantenimiento necesarias. • Los valores de transmitancia dependen de la densidad de la madera utilizada considerándose un intervalo de U = 2,2 W/m2K hasta U = 2,0 W/m2K. La envolvente del edificio: Huecos • Marco de PVC: las carpinterías están formadas por perfiles normalmente huecos de PVC, ofreciendo un comportamiento térmico de primer orden. • Los valores de transmitancia comúnmente aceptados son de U = 2,2 W/m2K hasta U = 1,8 W/m2K. Habitualmente son carpinterías cuya participación en el hueco es elevada, lo que unido a sus valores de aislamiento favorece el comportamiento del conjunto. La envolvente del edificio: Huecos • Propiedades del vidrio • El vidrio es el elemento fundamental en el cerramiento si atendemos a la superficie ocupada. • Su principal propiedad es la transparencia, permitiendo elevados aportes de luz natural que contribuyen al confort de la vivienda, sin comprometer sus prestaciones de aislamiento térmico. En la actualidad se comercializan como productos habituales vidrios para aislamiento térmico reforzado y protección solar que pueden ser combinados con otras prestaciones como son el aislamiento acústico, la seguridad, el bajo mantenimiento (autolimpiables) o el diseño y la decoración. • Desde la perspectiva del aislamiento térmico las principales características del acristalamiento a tener en cuenta son su coeficiente U o transmitancia térmica (W/m2K) y su factor solar (g). • Los vidrios pueden clasificarse en distintos grupos en función de su configuración y de la presencia de capas metálicas que mejoran sus prestaciones de aislamiento térmico y control solar. La envolvente del edificio: Huecos • Vidrio sencillo (monolítico): bajo esta denominación agrupamos aquellas tipologías formadas por una única hoja de vidrio y aquellas formadas por dos o más hojas unidas entre sí por toda su superficie (vidrios laminares). • Dentro del vidrio monolítico podemos encontrar vidrios incoloros, de color, impresos y de seguridad, así como distintos tratamientos que modifican las propiedades mecánicas, térmicas y espectrofotométricas de los mismos. • Las prestaciones térmicas de un vidrio monolítico pueden considerarse estables para los vidrios incoloros habituales en tanto que transmitancia térmica y factor solar se ven mínimamente reducidos al aumentar el espesor. • Como valor de referencia podemos tomar un valor de U = 5,7 W/m2K y factor solar (g) un valor en torno a 0,83. La envolvente del edificio: Huecos • Unidad de Vidrio Aislante (UVA): conocido anteriormente como doble acristalamiento o vidrio de cámara hace referencia al conjunto formado por dos o más láminas de vidrios monolíticos separados entre sí por uno o más espaciadores, herméticamente cerrados a lo largo de todo el perímetro. • Las unidades de vidrio aislante, o doble acristalamiento, al encerrar entre dos paneles de vidrio una cámara de aire, inmóvil y seco, aprovechando la baja conductividad térmica del aire, limitan el intercambio de calor por convección y conducción. • La principal consecuencia es un fuerte aumento de su capacidad aislante reflejado en la drástica reducción de su transmitancia térmica (U = 3,3 W/m2K, para la composición más básica 4-6-41). • El aumento progresivo del espesor de la cámara proporciona una reducción paulatina de la transmitancia térmica. • Esta reducción deja de ser efectiva cuando se producen fenómenos de convección dentro de la misma (en torno a los 17 mm). La envolvente del edificio: Huecos La envolvente del edificio: Huecos • Vidrio de baja emisividad: se trata de vidrios monolíticos sobre los que se ha depositado una capa de óxidos metálicos extremadamente fina, del orden de nanómetros proporcionando al vidrio una capacidad de aislamiento térmico reforzado. • Normalmente estos vidrios deben ir ensamblados en UVA (doble acristalamiento) ofreciendo así sus máximas prestaciones de aislamiento térmico. La envolvente del edificio: Huecos La envolvente del edificio: Huecos • Vidrio de control solar: pueden agruparse bajo esta denominación vidrios de muy distinta naturaleza: vidrios de color, serigrafiados o de capa. • Si bien, es a estos últimos los que normalmente nos referimos como vidrios de control solar. • Las distintas capas y la posibilidad de aplicarse en distintos sustratos vítreos permite una amplia gama de posibilidades con diferentes estéticas y prestaciones térmicas La envolvente del edificio: Huecos • Propiedades térmicas del hueco (vidrio + marco) La envolvente del edificio: Huecos • Propiedades térmicas del hueco La envolvente del edificio: Aislamiento térmico • Propiedades térmicas del hueco Ejemplo: rehabilitación huecos • Las características principales del edificio son: – Superficie total del edificio: 800 m2. – Superficie por planta 200 m2. – Altura libre de las viviendas: 2,5 m. – Distribución por planta: dos viviendas más escalera. • Superficies: – Superficie por vivienda: 92 m2. – Superficie acristalada de las fachadas principal y posterior: 18,8 m2 por planta. – Superficie acristalada de los patios interiores: 3,2 m2 por planta. – Superficie de huecos de la planta baja = 16 m2 en fachada principal. • Porcentaje de huecos de la envolvente = 7%. Ejemplo: rehabilitación huecos Ejemplo: rehabilitación huecos Por ley, desde el mes de octubre de 2006, es obligatorio aislar los edificios existente por encima de unos mínimos cuando haya modificaciones, reformas o rehabilitaciones que afecten a más del 25% del total de los cerramientos de un edificio que cuente con una superficie útil superior a 1.000 m2 Aparte de lo establecido por la ley, para cualquier edificio de más de 20 años o insuficientemente aislado, se estima aconsejable una rehabilitación térmica con la que podría alcanzarse, fácilmente, un ahorro del 50% de la energía consumida en calefacción y/o refrigeración. Bloque de viviendas aislado de 4 plantas La superficie de cada vivienda es de 92 m2, y la superficie acristalada por vivienda de 10 m2. La fachada es de ladrillo guarnecido y su superficie aproximada es de 1.000 m2. La superficie total de fachada por vivienda es de unos 100 m2 El sistema de calefacción es el de una caldera con gas natural que funciona durante 5 meses al año La demanda anual de energía, debida sólo a la calefacción, supone unos 132 kWh/m2 y año o, lo que es lo mismo, supone una factura de gas de unos 895 E por cada vivienda. El resultado es una nueva fachada que ha conseguido aumentar su aislamiento en un 70% El impacto en la disminución de las necesidades de calefacción es de aproximadamente un 35%. Por tanto, se pasa de un gasto de 895 € anuales en calefacción a 585 € Supone un ahorro anual por vivienda de 310 €. Si simultáneamente se mejorasen las ventanas, se conseguiría reducir las pérdidas de calor en invierno hasta un 45% Es decir, un ahorro por vivienda de 400 €/año. Si además se mejorase también la cubierta, la reducción de la demanda de calefacción llegaría hasta el 53,6% O, lo que es lo mismo, un ahorro por vivienda de 480 €/año. Código Técnico de la Edificación HE1: Limitación de la demanda energética Estructura • • • • • • • • • • DB-SE: Seguridad Estructural DB-SE AE: Acciones en la Edificación DB-SE C: Cimientos DB-SE A: Acero DB-SE F: Fábrica DB-SE M: Madera DB-SI: Seguridad en caso de incendio DB-SU: Seguridad de Utilización DB-HS: Salubridad DB-HR: Protección frente al ruido • DB-HE: Ahorro de energía Documento Básico HE Ahorro de energía • HE 1 Limitación de demanda energética • HE 2 Rendimiento de las instalaciones térmicas • HE 3 Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación • HE 4 Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria • HE 5 Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica Exigencia básica HE 1: Limitación de demanda energética • Los edificios dispondrán de una envolvente de características tales que limite adecuadamente la demanda energética necesaria para alcanzar el bienestar térmico en función del clima de la localidad, del uso del edificio y del régimen de verano y de invierno, así como por sus características de aislamiento e inercia, permeabilidad al aire y exposición a la radiación solar, reduciendo el riesgo de aparición de humedades de condensación superficiales e intersticiales que puedan perjudicar sus características y tratando adecuadamente los puentes térmicos para limitar las pérdidas o ganancias de calor y evitar problemas higrotérmicos en los mismos. Exigencia básica HE 1: Limitación de demanda energética Exigencia básica HE 1: Limitación de demanda energética Exigencia básica HE 1: Limitación de demanda energética Exigencia básica HE 1: Limitación de demanda energética Exigencia básica HE 1: Limitación de demanda energética Exigencia básica HE 1: Limitación de demanda energética Exigencia básica HE 1: Limitación de demanda energética
