d06.1_selection methodology of the energy simulation models in

D06.1_SELECTION METHODOLOGY OF THE ENERGY SIMULATION MODELS IN SANTA
ENGRACIA (BADAJOZ) AND SAN LÁZARO (MÉRIDA) NEIGHBOURHOODS.
Model dwelling selection in Badajoz and Mérida neighbourhood is crucial in order to
reach an accurate research about the entire neighbourhood studying only the key
houses of the entire area. The following document explains own the houses were
selected, the main criteria and the previous researches made.
1
1.
SELECCIÓN DE MODELOS DE PARTIDA PARA SIMULACIONES ENERGÉTICAS EN EL BARRIO DE
SAN LÁZARO. ................................................................................................................................... 3
1.1.
Selección de viviendas según tipología ................................................................................... 3
1.2.
Selección de viviendas según comportamiento energético ..................................................... 7
2.
SELECCIÓN DE MODELOS DE PARTIDA PARA SIMULACIONES ENERGÉTICAS EN EL BARRIO DE
SANTA ENGRACÍA. ......................................................................................................................... 17
2.1.
Selección de viviendas públicas ............................................................................................ 17
2.2.
Selección de orientaciones de manzana ............................................................................... 17
2.3.
Selección por orientación en fachadas ................................................................................. 17
2.4.
Selección de tipologías ......................................................................................................... 18
2.5.
Selección de tipos de vivienda .............................................................................................. 18
2.6.
Selección por demanda energética....................................................................................... 18
2.7.
Conclusiones de las consideraciones previas ........................................................................ 21
2
1. SELECCIÓN DE MODELOS DE PARTIDA PARA SIMULACIONES ENERGÉTICAS EN EL
BARRIO DE SAN LÁZARO.
En este apartado se ha tratado de realizar un análisis energético del barrio estudiando las viviendas
tipo representativas de las distintas tipologías edificatorias (viviendas adosadas y viviendas en
bloque), además de las distintas orientaciones de las mismas. Con las simulaciones energéticas de
la situación actual de las viviendas tipo seleccionadas nos podemos hacer una idea general de la
situación del barrio desde el punto de vista de su comportamiento energético.
En primer lugar se realiza una selección de viviendas según su tipología y orientación.
1.1.
Selección de viviendas según tipología
El barrio de San Lázaro concentra diferentes tipologías de viviendas en una zona a las afueras de la
ciudad de Mérida. La mayoría de las viviendas se construyeron a principios de los años 90 mediante
varios proyectos. Todas las viviendas se corresponden con tipologías de vivienda social.
Para llevar a cabo el análisis del barrio de San Lázaro, se ha tenido en consideración el proyecto BA
90/352 Viviendas en bloque (180 viviendas) y el proyecto BA 92/033 Viviendas adosadas (63
viviendas adosadas).
Figura 1.
Planta general del Barrio de San Lázaro de Mérida y proyectos de viviendas que se llevaron a cabo en los años 90
3

Barrio de San Lázaro: Proyecto BA 90/352 Viviendas en bloque (180 viviendas)
Para realizar las simulaciones energéticas de las viviendas en bloque utilizamos un modelo
energético de un bloque de 20 viviendas (MODELO ENERGÉTICO 1). La simulación de un
bloque de viviendas nos ofrece datos de comportamiento energético a nivel de edificio
completo, pero también a nivel de vivienda.
Para la realización del bloque de 20 viviendas se tendrán en cuenta los siguientes consejos
para la simplificación del modelo y la reducción de tiempos de simulación.
Modelo energético 1
En el modelo solo distinguiremos entre tres tipos de zonas:

Viviendas

Zonas comunes

Lavaderos
Cada vivienda se modela como una sola zona sin dibujar las separaciones entre baño, cocina,
salón y dormitorios.
Los lavaderos se consideran como “zona exterior no acondicionada”
Con estas consideraciones el número de zonas del modelo energético 1 es de 46 zonas.
Para completar el análisis de las viviendas en bloque del barrio de San Lázaro realizamos otro
pequeño modelo de simulación (MODELO ENERGÉTICO 2). Este modelo de simulación se
corresponde con dos viviendas “entre medianeras” de los bloques del barrio de San Lázaro
que son más grandes (ver imagen). Para su simulación tendremos en cuenta las siguientes
consideraciones:
Modelo energético 2
(este modelo no se simula en los programas CE3 y CE3X)
Es un modelo muy sencillo en el que distinguiremos entre dos tipos de zona:

Viviendas

Lavaderos
Se modeliza con los “cerramientos laterales” adiabáticos.
Los lavaderos se consideran como “zona exterior no acondicionada”
Con estas consideraciones el número de zonas del modelo energético 2 es de 4 zonas.
4
Figura 2.

Modelos energéticos Proyecto BA 90/352 (sin escala)
Barrio de San Lázaro: Proyecto BA 92/033 Viviendas adosadas (63 viviendas adosadas)
Para realizar las simulaciones energéticas de las viviendas adosadas utilizamos varios
modelos energéticos de una vivienda adosada (Modelos energéticos 3, 4 y 5). Así pues, el
comportamiento energético de las 63 viviendas adosadas se estudiará con 3 modelos
energéticos sencillos, que se corresponden con una vivienda adosada entre medianeras, y
dos tipos de vivienda en esquina.
Para la realización de los modelos de viviendas adosadas se tendrán en cuenta los siguientes
consejos.
Modelos Energéticos 3, 4 y 5
Son modelos energéticos muy sencillos que nos permiten distinguir entre diferentes zonas de
la vivienda.
En estos modelos se plantea una división por zonas de la vivienda (salón, cocina, baños,
dormitorios). Esta división por zonas no supone un cambio en los datos de características de
los espacios, que serán para todos iguales.
Se modelizan con los cerramientos medianeros adiabáticos.
5
Figura 3.
Modelos energéticos Proyecto BA 92/033 (sin escala)
Una vez realizadas las simulaciones de los modelos de partida de las tipologías seleccionadas
(bloque y adosadas) en diversas orientaciones, se comprueban los resultados de demanda
energética obtenidos para cada modelo. Con el análisis de estos resultados se procede a la
selección de los modelos energéticos más representativos desde el punto de vista de sus demandas
energéticas.
6
1.2.
Selección de viviendas según comportamiento energético
En el barrio de San Lázaro se ha realizado una selección de modelos de simulación que se
corresponde con viviendas representativas del barrio. Una vez seleccionados los modelos se
realizan simulaciones energéticas del estado actual de dichos modelos.
Una vez realizadas las simulaciones energéticas de los modelos de partida podemos analizar
gráficamente el comportamiento de las viviendas para conocer sus demandas energéticas según su
orientación o situación dentro del barrio.
Figura 4. Demandas energéticas de Calefacción de viviendas adosadas del barrio de San Lázaro (Design Builder)
Figura 5. Demandas energéticas de Refrigeración de viviendas adosadas del barrio de San Lázaro (Design Builder)
7
Figura 6.
Demandas energéticas totales de viviendas adosadas del barrio de San Lázaro (Design Builder)
A la vista de los resultados de las viviendas adosadas se pueden sacar las siguientes conclusiones:
En general, y para todas las orientaciones, las viviendas en esquina tienen una demanda energética
total superior a las viviendas entre medianeras. Esta variación está entre un 5% y un 15% según las
orientaciones. Las viviendas en esquina tienen el mismo programa habitacional que el resto de
viviendas pero tienen una superficie de envolvente superior. Este factor explica que estas viviendas
obtengan unos valores de demandas energéticas superiores a las situadas entre medianeras.
La orientación de las viviendas también tiene repercusión en los valores de demanda energética
obtenidos. En general las orientaciones Noreste-Suroeste ofrecen unos resultados más favorables
que las orientaciones Noroeste-Sureste.
El esquema tipológico de estas viviendas prevé apertura de huecos en las dos orientaciones
principales de las mismas. Esto hace que las variaciones en la demanda energética cuando los
modelos sufren un cambio en su orientación de 180º sean más reducidas que cuando se produce
un cambio de orientación de 90º.
Si nos centramos en las demandas energéticas estacionales (calefacción y refrigeración), vemos que
para todos los modelos, la demanda energética principal es la de calefacción. En general esta
demanda es tres veces superior a la demanda de refrigeración, esto es así en gran medida debido a
que la demanda de refrigeración se concentra casi en su totalidad en dos meses del año (julio y
agosto) mientras que la demanda de calefacción abarca un número superior de meses.
Los valores de demandas de calefacción también son superiores en las viviendas en esquina
respecto a las viviendas entre medianeras.
8
Figura 7.
Figura 8.
Demanda energética de calefacción en viviendas adosadas
Demanda energética de refrigeración en viviendas adosadas
9
Figura 9.
Demanda energética total en viviendas adosadas
La figura 9 muestra las desviaciones en cuanto a demanda energética total que se pueden alcanzar
entre viviendas entre medianeras y viviendas en esquina. Esta diferencia pude llegar a los
20kWh/m².
También se han realizado un conjunto de simulaciones energéticas de las viviendas con tipología de
viviendas en bloque y se han preparado un conjunto imágenes de la planta de los edificios para
comprobar las demandas energéticas de las viviendas dentro de cada bloque.
10
Figura 10.
Demandas energéticas de Calefacción de viviendas en bloque del barrio de San Lázaro (Design Builder)
11
Figura 11.
Demandas energéticas de Refrigeración de viviendas en bloque del barrio de San Lázaro (Design Builder)
12
Figura 12.
Demandas energéticas Totales de viviendas en bloque del barrio de San Lázaro (Design Builder)
A la vista de los resultados de las simulaciones de los modelos energéticos de bloques de viviendas,
se pueden sacar las siguientes conclusiones:

A primera vista se aprecia una cierta heterogeneidad en cuanto a los valores de
demanda energética total obtenidos para las viviendas situadas en bloques,
especialmente destacable es la diferencia entre viviendas en planta primera y
viviendas en planta baja.

En general, las viviendas situadas en planta primera tienen un valor de demanda
energética superior a las viviendas situadas en planta baja. La explicación a esta
variación la encontramos cuando se analizan los resultados de demandas energéticas
estacionales donde observamos que la demanda de refrigeración aumenta en las
viviendas situadas en planta primera respecto a las de la planta baja. Cuando se
observan los resultados de demanda energética de calefacción se observa que los
valores son similares para las viviendas de planta baja y primera. Cuando se analiza el
balance térmico de las viviendas se observa un cierto efecto “refrigerante” del forjado
sanitario de estas viviendas. Estos forjados sanitarios se han simulado como espacios
no habitables con un nivel de estanqueidad 4, es decir muy ventilados y actúan como
13
un sumidero de calor de las viviendas de planta baja en régimen de verano.

La orientación de las viviendas es un parámetro que también tiene cierta influencia en
el comportamiento energético de las viviendas. A la vista de los gráficos, podemos
observar que las viviendas con orientación predominante noroeste obtienen unos
valores de demanda energética total superiores. Esta orientación ofrece menos
ganancias por radiación solar, lo que posibilita que la demanda de calefacción
aumente. La orientación más favorable tanto para viviendas en planta baja o como
para viviendas en planta alta es (como era de esperar) la orientación
predominantemente sur. Las diferencias de demandas energéticas totales cuando se
varía la orientación de las viviendas puede llegar a ser de un 10-15%
aproximadamente.
Figura 13.
Demandas energéticas totales del modelo energético ME1 desglosado por viviendas
14
Figura 14.
Demandas energéticas totales del modelo energético ME1_180 desglosado por viviendas
En general, a nivel de barrio, se observa que la tipología de vivienda adosada demanda más energía
que las viviendas en bloque. Este dato no es desdeñable, ya que de media, las viviendas adosadas
demandan un 35% más de energía que las viviendas en bloque.
La demanda energética de refrigeración supone una cuarta parte de la demanda total de una
vivienda, frente a la demanda de calefacción que supone aproximadamente las tres cuartas partes.
Esto sucede en las dos tipologías de vivienda estudiadas (viviendas en bloque y viviendas adosadas).
La orientación de las viviendas determina en gran medida también su demanda energética total,
orientaciones que permiten menos captación de radiación solar por huecos hace que la demanda
de calefacción suba.
Tras analizar los resultados de simulación de los modelos en su estado original, se han seleccionado
5 modelos representativos del barrio según sus demandas energéticas y su orientación y situación
dentro del barrio.
Estos modelos son representativos de las tipologías de vivienda del barrio pero también son
representativos en cuanto a la demanda energética de los mismos.
Sobre estos modelos se realizaran los paquetes de simulaciones energéticas planteados.
15
Los modelos seleccionados son:
ME1_EO
ME3_90
ME3_180
ME5_EO
ME5_270
Figura 15.
Modelos energéticos seleccionados.
16
2. SELECCIÓN DE MODELOS DE PARTIDA PARA SIMULACIONES ENERGÉTICAS EN EL
BARRIO DE SANTA ENGRACÍA.
El análisis energético del barrio de Santa Engracia se realizará utilizando modelos de simulación de
cuatro viviendas que se corresponden con diferentes tipologías y orientaciones. Se trata de
modelos energéticos muy sencillos. La selección de las viviendas se explica en el documento
“Proceso de selección de las viviendas candidatas en el barrio de Santa Engracia”
La selección de las viviendas de Santa Engracia se ha realizado con un mediante un criterio de
selección multiparamétrico.
Previo a la selección destacamos ciertos criterios de partida:
2.1
Selección de viviendas públicas
En el barrio existen 184 viviendas públicas frente a 616 privadas,
estudiar e intervenir las viviendas públicas se lleva a cabo con el fin de
mejorar el patrimonio construido de la Junta de Extremadura y para
no favorecer a ningún vecino del barrio en concreto, sino a la
administración pública, promotora del proyecto EDEA RENOV.
2.2
Selección de orientaciones de manzana
En el barrio existen, en general, 2 orientaciones de las manzanas de
viviendas:
Norte-Sur, la cual se concentra al Sur del barrio y es la orientación más
predominante.
Suroeste-Noreste que se concentra al Norte del barrio y es la
orientación menos predominante.
2.3
Selección por orientación en fachadas
Las viviendas del barrio se pueden englobar en 12 tipos según su orientación. Hay 2 grupos, según
la orientación de la manzana a la que pertenezcan.
17
2.4
Selección de tipologías
En el barrio, inicialmente, se construyeron 2 tipologías diferentes de
viviendas, de 3 dormitorios y de 4 dormitorios. Las viviendas de 4
dormitorios representan tan sólo el 5% del total de las 800 viviendas
(40 viviendas), al ser tan pocas no se han tenido en cuenta en la
selección de tipologías.
2.5
Selección de tipos de vivienda
En las manzanas del barrio existen viviendas entre medianeras y en
esquina. El porcentaje de viviendas en esquina es del 28%,
suficientemente significativo para tenerlo en cuenta en la selección
de viviendas.
2.6
Selección por demanda energética
El resultado del estudio energético general del barrio, elaborado por GRUPO ABIO, ha revelado
conclusiones esperadas e interesantes para la selección de viviendas.
Demanda Invierno.
Las viviendas que tienen más
demanda
energética
en
calefacción son las orientadas al
norte y en esquina. Las más
desfavorables son las situadas
en las manzanas suroestenoreste, al norte del barrio, y
en las situadas en esquina,
orientadas al noreste-suroeste.
Las viviendas que tienen menos
demanda
energética
en
invierno son las orientadas al
sur. Las más favorables son las
situadas en las manzanas nortesur, al sur del barrio y las
situadas entre medianeras
orientadas al sur.
La oscilación entre valores
máximos y mínimos del barrio
en calefacción es de un 23%, lo
que indica que la orientación no
afecta en gran medida a la
demanda.
El valor total de demanda de
calefacción
por
superficie
(kW·h/m²·año) es muy alta, el
valor mínimo es de 95
(kW·h/m² año) y el máximo es
de 125 (kW·h/m² año). Estos valores tan altos se deben en gran medida a la falta de aislamiento
térmico del edificio, la calidad de las ventanas.
18
Demanda Verano.
Las viviendas que tienen más
demanda
energética
en
refrigeración son las situadas al
suroeste y en esquina. Las más
desfavorables son las situadas
en las manzanas suroestenoreste, al norte del barrio, en
las viviendas situadas en
esquina, orientadas al surestesuroeste.
Las viviendas que tienen menos
demanda
energética
de
refrigeración son las orientadas
al norte. La más favorables son
las situadas en las manzanas
norte-sur, al sur del barrio y las
situadas entre medianeras y
orientadas al sur.
La oscilación entre valores
máximos y mínimos del barrio
en refrigeración es de un 40%,
lo que indica que la orientación
si afecta a la demanda de
refrigeración.
El valor total de demanda de
refrigeración por superficie
(kW·h/m²·año) es moderado, el
valor mínimo es de 30
(kW·h/m² año) y el máximo es de 52,5 (kW·h/m² año). Estos valores son moderados debido a la
falta de aislamiento que facilita la disipación de las cargas internas y a la ventilación interior debido
a las infiltraciones por los huecos de las ventanas (que son de baja calidad). Sin embargo tienen un
amplio margen de mejora con una protección de la radiación solar adecuada.
19
Demanda Total.
Las viviendas que tienen más
demanda energética total son
las situadas norte. Las más
desfavorables son las situadas
en las manzanas suroestenoreste, al norte del barrio, en
las viviendas situadas en
esquina, orientadas al norestenoroeste.
Las viviendas que tienen menos
demanda
energética
de
refrigeración son las orientadas
al sur. La más favorables son las
situadas en las manzanas nortesur, al sur del barrio y las
situadas entre medianeras y
orientadas al sur.
La oscilación entre valores
máximos y mínimos del barrio a
nivel global es de un 19%, lo
que indica que la orientación
no afecta en gran medida a la
demanda total.
El valor total de demanda total
por superficie (kW·h/m²·año) es
la suma de la demanda de
refrigeración y de calefacción
en cada vivienda, el valor mínimo es de 135 (kW·h/m² año) que se corresponde con la mínima de
calefacción (95 kW·h/m² año) más la suma de refrigeración (30 kW·h/m² año) aproximadamente y
el máximo es de 167,5 (kW·h/m² año) que se corresponde con la máxima de calefacción (125
kW·h/m² año) más la máxima de refrigeración (52,5 kW·h/m² año) menos 10 kW·h/m² año.
20
2.7
Conclusiones de las consideraciones previas
A nivel general, las demandas energéticas del barrio son altas. Por ejemplo, el standard Passivhaus
fija la demanda de refrigeración en 15 kW·h/m²año y de calefacción también en 15 kW·h/m²año. En
nuestro caso estamos muy lejos de estos valores y esta investigación debe intentar conseguir
alcanzarlos.
Las viviendas más eficientes del barrio para calefacción pertenecen también al grupo de las más
eficientes en refrigeración y son las viviendas entre medianeras, al sur en las manzanas orientadas
al norte-sur.
Las viviendas más ineficientes del barrio para calefacción pertenecen también al grupo de las
menos eficientes en refrigeración, aunque no son las peores en refrigeración.
Las viviendas de demanda media del barrio son variadas, existen viviendas con alta demanda de
calefacción y muy baja de refrigeración y también viviendas con alta demanda de refrigeración y
media demanda de calefacción.
A continuación se exponen los criterios de selección de las viviendas candidatas y los objetivos
propuestos:
Título
Orientación Orientación
Manzana
Fachada
Tipo de
vivienda
Demanda
Calefacción
Demanda
Refrigeración
Demanda
Total
Tipología Color
(kWh/m²año) (kWh/m²año) (kWh/m²año)
La más
eficiente
Privada
Norte Sur
Sur
Intermedia
95
40
135
3 Dorm.
La más
calurosa
Privada
Suroeste
Noreste
Sureste
Suroeste
Esquina
107,5
57,5
165
3 Dorm.
La más fría
Privada
Norte Sur
Norte
Esquina
120
35
155
3 Dorm.
La
Intermedia
Privada
Suroeste
Noreste
Noreste
Noroeste
Intermedia
105
45
150
3 Dorm.
Objetivos propuestos
La más eficiente: El objetivo del estudio de este tipo de viviendas es comprobar el porcentaje de
mejora aplicando las medidas activas y pasivas apropiadas a climas intermedios en las viviendas con
mejor comportamiento dentro del barrio.
La más calurosa: El objetivo de estudio de esta vivienda es comprobar el porcentaje de mejora que
tienen las medidas activas y pasivas apropiadas a climas cálidos en una vivienda que tiene un mal
comportamiento térmico en refrigeración.
La más fría: El objetivo de estudio de esta vivienda es comprobar el porcentaje de mejora que
tienen las medidas activas y pasivas apropiadas a climas fríos en una vivienda que tiene un mal
comportamiento térmico en calefacción.
La vivienda intermedia: El objetivo de estudio de esta vivienda es comprobar el porcentaje de
mejora que tienen las medidas activas y pasivas apropiadas a climas intermedios en una vivienda
que tiene un comportamiento térmico medio del barrio.
Los modelos de simulación del barrio de Santa Engracia se corresponden con las siguientes
viviendas:
MODELO ENERGÉTICO 6: Vivienda unifamiliar en calle Ebro 25. (intermedia)
MODELO ENERGÉTICO 7: Vivienda unifamiliar en calle Umbría 8. (fría)
MODELO ENERGÉTICO 8: Vivienda unifamiliar en calle Gévora 31. (eficiente)
MODELO ENERGÉTICO 9: Vivienda unifamiliar en calle Ebro 2. (calurosa)
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Figura 16. Viviendas seleccionadas del barrio de Santa Engracia
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