Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en
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Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en
Tesina Universidad Politécnica de Cataluña. Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Barcelona. Dpto. Construcciones Arquitectónicas I. Máster Arquitectura Energía y Medio Ambiente Septiembre 2010 2010 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Propuestas para disminución de demanda calorífica y frigorífica en clima continental templado templado Alumno: Dubravka Matic Tutores: prof. dr. Jaume Roset ; prof.dr. Helena Coch - Roura Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Universidad Politécnica de Cataluña. Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Barcelona. Dpto. Construcciones Arquitectónicas I. Máster Arquitectura Energía y Medio Ambiente Septiembre 2010 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Propuestas para disminución de demanda calorífica y frigorífica en clima continental templado Dubravka Matic Tesina presentada al Master Oficial Arquitectura, Energía y Medio Ambiente de la Universidad Politècnica de Catalunya, Barcelona, España. Tutores: prof. dr. Jaume Roset ; prof.dr. Helena Coch - Roura 1 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Resumen El factor principal y determinante en tomar decisiones sobre el diseño de vivienda siempre es el clima, en búsqueda constante para equilibrar la relación entre ella y condiciones optimas de confort térmico. Hoy en día, arquitectura no se puede desvincular de la eficiencia energética, que es un factor inevitable desde los principios de diseño. Los puntos críticos en consumo energético en edificación residencial en Serbia sigue siendo calefacción y es imprescindible determinar las maneras para afectar positivamente el consumo total. Este trabajo estudia los elementos y estrategias climáticas de diseño, los efectos térmicos en el espacio interior de edificio como consecuencia de estrategias determinadas, es decir, las demandas energéticas. Buscando la efectividad de sistemas pasivos de calefacción, se encontró la necesidad real para aplicación de los sistemas activos, en el mismo tiempo valorando sus exigencias para energía primaria. palabras clave: clima continental templado, arquitectura bioclimática, confort térmico, eficiencia energética, estrategias de diseño sostenible, demanda calorífica y frigorífica. 2 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Índice Resumen .................................................................................................................... 2 Lista de figuras ........................................................................................................... 6 Lista de tablas ............................................................................................................ 8 Introducción .............................................................................................................. 9 Repercusión a consumo energético en Serbia ................................................................... 9 Los sistemas de calefacción .............................................................................................10 Regulativas actuales /Justificación....................................................................................11 Capítulo 1: Planteamiento de trabajo.................................................................... 12 1.1 Definición del tema de estudio ........................................................................... 12 1.2 Objetivos de trabajo .......................................................................................... 13 1.2.1 Objetivos generales ...............................................................................................13 1.2.2 Objetivos específicos .............................................................................................13 1.3 Metodologia para desarrollo de trabajo ............................................................. 13 Capítulo 2: Clima de Serbia y Belgrado ................................................................ 15 2.1 Clima general de Serbia .................................................................................... 15 2.1.2 Clima de Belgrado..................................................................................................16 2.2 Actuaciones generales en clima continental templado ...................................... 19 2.3 Diagrama Psicométrico de Givoni y estrategias de calefacción y refrigeración . 20 Capítulo 3: Estándar para minimización de necesidades energéticas en EU .......... 22 3.1 PASSIVHAUS Estándar en UE ....................................................................... 22 3.2 Funcionamiento de estándar .....................................................................................23 3.3 Los requisitos de estándar ........................................................................................24 3.4 Ventilación mecánica ................................................................................................26 3.5 Los principios que se pueden aplicar en caso de Serbia ............................................28 Capítulo 4: Estrategias de diseño para disminuir las demandas de calefacción y refrigeración ......................................................................................................... 29 4.1 ESTRATEGÍAS INVIERNO ............................................................................. 31 4.2 ESTRATEGIA: minimización de las pérdidas de calor por transmisión .....................32 Coeficiente de transmisión "U" ...................................................................................33 El estándar de serbia sobre el coeficiente de transmisión (u) de los cerramientos ........33 4.2.1 Tratamiento de los partes opacos de cerramientos exteriores ..........................34 4.2.2 Tratamiento de los partes transparentes de cerramientos exteriores ...............36 3 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.2.3 4.3 Proporción entre partes opacas y huecos ....................................................37 ESTRATEGIA: Maximización de ganancias solares.................................................39 4.3.1 Los sistemas básicos de calefacción solar pasivo .............................................39 4.4 Resumen: Aspectos básicos de la calefacción solar pasiva ..................................43 4.5 ESTRATEGÍAS VERANO .............................................................................. 48 4.5.1 ESTRATEGIA: control de las ganancias de radiación solar ..................................49 4.5.1.1 Orientación y tamaño de los huecos acristalados ...........................................49 4.5.1.2 Color de los acabados ....................................................................................50 4.5.1.3 Protección solar ...............................................................................................50 4.5.2 ESTRATEGIA : refrigeración pasiva.....................................................................55 4.5.2.1 Sistemas de ventilación natural .......................................................................55 4.5.2.2 Alta masa térmica ............................................................................................58 4.5.2.3 Masa térmica con ventilación nocturna ...........................................................59 Capítulo 5: Comprobación de diseño ................................................................... 62 5.1 Descripción de proyecto .................................................................................... 62 5.1.1 Estrategias y elementos aplicados ..........................................................................63 5.2 Cálculos y manejo de resultados ....................................................................... 68 5.2.1 Invierno ...................................................................................................................68 5.2.1.1 Resultados Heliodon........................................................................................68 5.2.1.2 Balance y Variabilidad de Ti con energía adicional "D'a" ...................................71 5.2.1.3 Demanda calorífica de 4 módulos de un bloque ...............................................72 5.2.1.4. Resultados Archisun ........................................................................................77 5.2.1.5 Propuesta de 3 sistemas activos de calefacción con su energía primaria .........78 5.2.2 Verano ....................................................................................................................81 5.2.2.1. Resultados Heliodon.......................................................................................81 5.2.2.2. Balance de Ti con energía adicional "Da" .......................................................83 5.2.2.3. Resultados Archisun ........................................................................................84 5.2.2.4 Demanda frigorífica de módulos de un bloque ...............................................84 5.2.2.5 Propuesta de 3 sistemas activos de refrigeración con su energía primaria .....86 Consideraciones finales ...................................................................................... 88 Bibliografía................................................................................................................ 90 Internet bibliografía ................................................................................................... 91 Anexos...................................................................................................................... 92 1. Características físicas del recinto, Datos para Archisun: Forma y piel de edificio, U y Peso de superficies, Peso interior, Resultados Archisun ..................................................93 4 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 3. Presentación grafica de proyecto ..................................................................................99 5. Balance y Variabilidad de Invierno ..............................................................................100 6. Cálculo de demanda calorífica de modulo 3................................................................101 7. Balance de Verano .....................................................................................................102 8. Cálculo de demanda frigorífica de modulo 3 ...............................................................103 5 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Lista de figuras Figura 1. Esquema de desarrollo de trabajo .........................................................................14 Figura 2. Posición de Serbia en Europa ...............................................................................15 Figura 3. Mapa de Serbia y posición de Belgrado ................................................................15 Figura 4. Temperaturas en Belgrado durante el año ............................................................16 Figura 5. Precipitaciones ......................................................................................................18 Figura 6. Temperaturas máximas y mínimas media .............................................................18 Figura 7. Altura solar en el equinoccio de verano y invierno .................................................18 Figura 8. Radiación solar en el plano horizontal, en el plano con ángulo optimo y plano vertical..................................................................................................................................18 Figura 9. El diagrama Psicrométrico de Givoni para Belgrado .............................................20 Figura 10. Carta estereográfica de Belgrado ........................................................................21 Figura 11. Rosa de los vientos de Belgrado .........................................................................21 Figura 12. La comparación entre consumo energético especifico de las viviendas ..............23 Figura 13. Potencia máxima de calefacción de edificio convencional, CTE y PassivHaus ....24 Figura 14. Esquema de ventilación mecánica ......................................................................26 Figura 15. El funcionamiento del sistema de intercambio del aire ........................................26 Figura 16. La base técnica del requisito del demanda máxima de calefacción permitida de 15kWh/m2/año ......................................................................................................................27 Figura 17. Ganancias y pérdidas típicas en invierno y en verano .........................................30 Figura 18. Ganancias y pérdidas de temperatura .................................................................31 Figura 19. Periodos durante el año que divide la temperatura de balance............................31 Figura 20. Esquema de estrategias para invierno desde ecuación de balance .....................32 Figura 21. Reducción de pérdidas de calor ..........................................................................32 Figura 22. Envolvente de edificio con aislamiento térmico no interrumpido ..........................34 Figura 23. Carga térmica de edificio bien y mal aislado ........................................................34 Figura 24. Regla de rotulador de capa continua de aislamiento ...........................................35 Figura 25. Las ventanas de alta calidad de triple vidrio ........................................................36 Figura 26. Principios de captación directa ............................................................................40 Figura 27. Funcionamiento de Muro Trombe(a) y Muro acumulador(b) térmico....................41 Figura 28. Comportamiento térmico de invernadero adosado en invierno, periodo neutral y verano. .................................................................................................................................42 Figura 29. Responder a orientación......................................................................................43 Figura 30. Trayectoria solar ..................................................................................................43 Figura 31. Los arboles de hoja perenne y hoja caduca.........................................................44 Figura 33. Temperatura de interior en un día caluroso en edificios de alta y baja inercia térmica, puede ser útil como en climas cálidos tanto en climas fríos ....................................45 Figura 32. Distribución interior de los espacios.....................................................................45 Figura 34. Diferentes tipos de dispositivos de sombreado ....................................................46 Figura 35. Esquema de estrategias para verano desde ecuación de balance ......................48 Figura 36. Reducción de temperatura de balance de refrigeración .......................................49 Figura 37. Protección solar con diseño de protectores fijos ..................................................50 Figura 38. Pérgola ................................................................................................................51 Figura 39. Alero y su proyección ..........................................................................................51 Figura 40. Dispositivos ajustables exteriores ......................................................................52 Figura 41. Persianas verticales y contraventanas.................................................................52 Figura 42. Plantación o sucesión de los arboles en el entorno. ...........................................53 6 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Figura 43. Arboles de hoja caduca y perenne ......................................................................53 Figura 44. La situación y distribución de aberturas determina el modelo de flujo de aire ......56 Figura 45.Movimiento de aire en la edificación.(a) y (b) el tamaño de abertura de entrada influye en la velocidad de aire en el interior. (c) y (d) el movimiento del aire es siempre por el camino que sea más fácil, donde existe una diferencia de presión.......................................56 Figura 46. Efecto chimenea ..................................................................................................57 Figura 47. Aspiradores estáticos ..........................................................................................57 Figura 48. Torres de viento...................................................................................................58 Figura 49. Retardo térmico ...................................................................................................58 Figura 50. Funcionamiento de masa térmica en el día ........................................................59 Figura 51. Funcionamiento de masa térmica en la noche.....................................................59 Figura 52. Esquema de objetivos de estrategias de diseño de invierno y verano .................61 Figura 53. Posición de módulos en un bloque ......................................................................62 Figura 54. Las cuatro opciones de diseño de fachada sur, buscando la solución optima. ....64 Figura 55. Situación de bloque lineal, planta tipo y comportamiento bioclimático de un modulo en planta ..................................................................................................................66 Figura 56. Comportamiento bioclimático de invierno en sección .........................................67 Figura 57. Comportamiento bioclimático de verano en sección ..........................................67 Figura 58. Energía recibida por la cubierta y sistemas indirectos por periodo de calefacción .............................................................................................................................................69 Figura 59. Las horas de sol incidente a cubierta y sistemas indirectos por periodo de calefacción ...........................................................................................................................69 Figura 60. Energía recibida por cubierta y sistemas indirectos en el mes Enero ..................70 Figura 61. Las horas de sol incidente a cubierta y sistemas indirectos en el mes Enero ......70 Figura 62. Tabla de temperatura de balance en invierno en día tipo de Enero .....................71 Figura 63. Posición de modulo menos favorable ..................................................................73 Figura 64.El gráfico de temperatura para invierno ................................................................77 Figura 65. Energía solar recibida a los planos de fachada sur y cubierta ...........................82 Figura 66. Horas de sol incidente a la fachada sur y cubierta ..............................................82 Figura 67. El movimiento de temperaturas en verano según Archisun .................................84 7 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Lista de tablas Tabla 1. Características climáticas de Serbia y Belgrado .....................................................17 Tabla 2. Parámetros generales y de radiación solar de Belgrado .........................................18 Tabla 3. Los elementos climáticos de zona continental templada .........................................19 Tabla 4. Temperaturas promedias máximas , mínimas y humedad relativa de Belgrado ....20 Tabla 5. Resumen de las estrategias según diagrama Givoni ..............................................21 Tabla 6. Estrategias invierno ................................................................................................38 Tabla 7. Resumen de estrategia de Maximización de ganancias solares .............................47 Tabla 8. Coeficiente de absorción de varios colores (%) ......................................................50 Tabla 9. Resumen de estrategia de control de ganancias ....................................................54 Tabla 10. Resumen de estrategia de Refrigeración pasiva ...................................................60 Tabla 11. Valores de coeficientes de transmisión de cerramientos de propuesta y edificio referente ...............................................................................................................................63 Tabla 12. Cuatro opciones de aplicación de sistemas pasivas y sus valores de Svs-superficie equivalente a ventana a sur..................................................................................................64 Tabla 13. Tabla resumen de las soluciones consideradas en diseño ...................................65 Tabla 14. Los valores de energía recibida y horas de sol de sistemas indirectos y cubierta según simulación de Heliodon por periodo de calefacción ...................................................69 Tabla 15. Oscilación de temperatura interior en ciclo día-noche de día tipo de enero ..........72 Tabla 16. Calor necesaria (potencia) de módulos ( W ) ........................................................72 Tabla 17. Carga térmica ( W ) de módulos ...........................................................................73 Tabla 18. Balance energético de 4 módulos .........................................................................73 Tabla 19. Demanda calorífica real de los módulos ...............................................................74 Tabla 20. Demanda calorífica y balance energético de 4 módulos .......................................74 Tabla 21. Carga térmica reducida ........................................................................................75 Tabla 22.Carga térmica y balance energético ......................................................................75 Tabla 23. Balance energético de módulos( de edificio de referencia y de propuesta ) ..........76 Tabla 24. Propuesta de sistemas activos y su consumo energético anual............................79 Tabla 25- Demanda anual de sistemas activos con energía primaria incluida ......................79 Tabla 26. Demanda calorífica y sistemas activos de modulo referente y propuesta .............80 Tabla 27. Valores de energía recibida y horas de sol por sistema indirecto y cubierta en el mes de Julio .........................................................................................................................81 Tabla 28. Tabla de temperatura de balance en verano en día tipo de Julio y energía adicional para sistemas de acondicionamiento activo...........................................................83 Tabla 29. Potencia frigorífica necesaria (W) .........................................................................84 Tabla 30.Demanda frigorífica de los módulos .......................................................................85 Tabla 31.Comparación de demandas frigoríficas de los módulos ........................................85 Tabla 32. Propuesta de sistemas activos de refrigeración con su energía primaria ..............86 Tabla 33. Demanda frigorífica y sistemas activos de refrigeración .......................................87 8 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Introducción Repercusión a consumo energético en Serbia Debido a su desarrollo industrial muy bajo, el consumo total de energía primaria de Serbia es en comparación con los países desarrollados y los miembros de la Unión Europea, y hasta 3 veces menos por habitante. Se puede constatar que Serbia gasta energía muy irracional y tiene una intensidad energética grande, ten/1000 EE.UU. 0,84 dólares1, que es hasta 6 veces superior de las países europeos UE-15, y considerablemente más que, por ejemplo, en Eslovenia. La intensidad energética es un indicador clave que determina el comportamiento de un país y, por tanto, su grado de eficiencia. Nuestra industria también utiliza tres veces más energía que la promedia mundial. Sin embargo, no debemos ignorar las fuertes pérdidas en la transformación de la energía y el transporte.2 Según la situación presente, Serbia tiene casi el menor nivel de eficiencia energética en toda la Europa, como antes mencionado. El ahorro energético es imprescindible, como el país esta en el nivel de consumo poco envidiable y casi 4 o 5 veces más en algunos sectores comparando con los países de Europa Oeste y Europa Central. No sorprende que nuestra sociedad para fabricar un producto necesita casi doble energía que para el mismo necesitan los países desarrollados. En particular, mientras los países con la visión clara y con el plan de desarrollo a lo largo plazo con cual deben de acceder a resolución de la tema de crisis energético del mundo, en nuestra país solo los expertos han tratado a destacar la situación grave en que nos encontramos a la sociedad pero sin éxito y respuesta, pero la situación pretende de cambiar. El estado paga más dinero para importación de energía eléctrica, gas y otros fuentes de energía mientras los ciudadanos pagan facturas más elevadas. Nos hemos convertido en los campeones de consumo, incluso para el alumbrado público, gastamos un 50 por ciento más que la Unión Europea. Los edificios en Serbia gastan 60% de la energía total consumida, mientras que el porcentaje en Europa está alrededor del 40 %, y 65 % de esa energía se relaciona con la calefacción. De acuerdo con los datos actuales, el consumo de energía para la calefacción anual en Europa occidental oscila, por ejemplo en Alemania, entre (40-70) kWh/m2 (a), mientras que en Serbia, el valor es doble - está en rango de 120 a 150kWh /m2 (a ). 1 La intensidad energética es la cantidad de energía usada por cada mil dólares producidos, es decir, muestra la relación entre la energía consumida y la producción de bienes. Por lo tanto interesa que la intensidad energética sea la menor posible. 2 http://www.seea.gov.rs/Serbian/Fond/odgovor6.htm 9 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Los sistemas de calefacción La energía consumido por calefacción calculado por m2 de espacio habitable, es casi 3 veces mayor comparando con los países que tienen parecidas condiciones climáticas y se encuentran en climas continentales. El sistema centralizado de calefacción por agua caliente se aplica comúnmente en las ciudades y en todos edificios construidos en los últimos 50 años. Para los edificios que utilizan mas de (100-120) W/m2 se calcula el precio de consumo con el tarifa mayor, con intención que el consumidor considera la rehabilitación de su edificio, mejora el aislamiento térmico ,sustituye las ventanas y disminuye las pérdidas de calor por rendijas(fugas). La calefacción por electricidad es muy típica en los edificios que tienen más de 50 años y el consumo de dichos edificios es aún mayor y en algunos casos consigue casi 200 kWh/m2.Por razones de consumo abundante en hogares con ese tipo de calefacción, el precio mensual sube aproximadamente por 60% del precio(todavía sin IVA) que pagan los usuarios de calefacción centralizado. Precios de energía en pisos con calefacción por agua caliente Energía consumida La potencia del sistema instalada 5,0 cE / kWh 17,83 E / kWh / año. (E = EUR) Calculo para calefacción centralizado por agua caliente se divide en dos partes: - energía térmica instalada del sistema y que es el valor fijo en una base anual - la segunda parte es el gasto mensual. Ejemplo: Energía del sistema(potencia instalada) 50 kWh El gasto para el mes actual, si demanda de calefacción es 40kWh. (30 días x 16 horas x 40 kW = 19.200 kWh) Factura para este mes: (50 x 17,83 kWh E) / 12 + 19 200 kWh x 0,05 E 74.29 (E) + 960 (E) = 1.034,29 (E) Si queremos comparar el precio del mismo consumo, pero por calefacción eléctrica: Precio de la energía eléctrica de la red será un promedio de 6,0 cE / kWh. El central eléctrica tiene diferentes precios (tarifas) dependiente del hora del consumo, compartiendo en zonas Azul, Verde y Rojo. Por ejemplo, un hogar que consume la misma cantidad de energía de 19.200 kWh ,el cálculo será: (100 kWh x 1,05 cE/kWh) + (250 kWh x 4,2 cE/kWh) = 1,05 (E) + 10,5 (E) = 11,55 (E) (400 kWh x 1,58 cE/kWh) + (850 kWh x 6,3 cE/kWh) = 6,32 (E) + 53,55(E) = 59,87 (E) (5.800kWh x 2,8cE/kWh)+(11.800 kWhx11,24cE/kWh)=162,4(E)+1.326,3(E) = 1.488,7(E) Al final, comparando los precios: El central de calefacción 1.034,29 EUR El central eléctrica 1.560,12 EUR (1.034,29/19200= 0,0539 E = 5,4 cE) (1.560,12/19200= 0,0812 E = 8,1 cE) Sin embargo, los gastos que pagan los hogares con calefacción eléctrica, es mucho mayor ,casi por 50 por ciento, y todavía sin IVA incluido. 10 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Regulativas actuales /Justificación En todos los sectores de consumo final de energía en Serbia (industria, los edificios y el tráfico) es obvio un retraso en términos de eficiencia energética por muchos años. Es evidente especialmente en relación con los países europeos desarrollados. Las regulativas vigentes de país no son suficientemente vinculadas a los sectores de consumo de energía en términos de aumentar la eficiencia energética. Por lo tanto, además de seguir apoyando el labor de la Agencia de Eficiencia Energética, el Estado debe en el futuro proponer la ley que exige el uso racional de la energía, con el fin de facilitar la aplicación de medidas técnicas prioritarias. A fin de lograr esta idea y para aumentar sistemáticamente la eficiencia energética, el papel de Estado es de gran importancia y necesidad. Teniendo en cuenta que el mayor consumo de energía es en los edificios, la solución más racional y rentable a largo plazo es invertir en la eficiencia energética de los edificios. Dado que es una de las formas más importantes para frenar y reducir el calentamiento global y emisiones de CO2, el ahorro de energía para calefacción y refrigeración, la introducción y el uso de aislamiento térmico adecuado, con el consumo óptimo de energía en los hogares, es el manera más eficiente y más segura con los intereses generales y individuales. La situación actual exige las acciones rápidas en el sector de eficiencia energética y la introducción de la reforma legislativa y la reforma de los precios de utilización de los recursos no renovables, como actualmente no existe ninguna normativa sobre eficiencia energética en edificación. En Junio de 2010 en Belgrado la plataforma Green Forum ha anunciado que será presentado el primer reglamento sobre la eficiencia energética en edificios el próximo Junio, de año 2011.El tribunal ha considerado las normativas y los leyes de los países europeos con los condiciones climáticas similares y intentará aplicarlos en propio estándar y nuevos reglamentos sobre el consumo energético en edificación. El proyecto de reglamento en Serbia está orientado a la Segunda Directiva de la Unión Europea 20/20/20 que se fija en el objetivo de reducir el consumo de energía en un 20% en 2020 año, con una mayor participación de la energía procedente de fuentes renovables en un 20% y reducir las emisiones en un 20% (con respecto al nivel del año 1990)..3 Para ser posible, el proyecto debe resolver los problemas básicos, numerosos y diversos en los cuestiones de urbanismo, en construcción, en legislación del sector de los profesionales que serán capaz de verificar y determinar la extensión del consumo de energía de los edificios, etc. Dado que la eficiencia energética está conectada directamente con la utilización de energías renovables, especialmente solar y geotérmica, la cuestión es cómo nuestra industria y el mercado económico pueden responder a nuevas demandas. 3 http://www.consilium.europa.eu/ europa 2020: nueva estrategia europea para el empleo y el crecimiento 11 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Capítulo 1: Planteamiento de trabajo 1.1 Definición del tema de estudio Principalmente, el consumo actual de un hogar en Serbia es preocupante comparando con otros países Europeos y mayor parte de ese consumo proviene de calefacción en invierno y refrigeración en verano. El primer objetivo de eficiencia energética en edificación en Serbia debería de ser reducción de gastos de climatización en edificios que implica también menos emisiones de CO2. La investigación y estudio siguiente son direccionados a las técnicas y estrategias de diseño bioclimático - diseño solar pasivo y también como tema tiene análisis de los estándares actuales que promueven bajo consumo energético en edificación. El diseño de casas solares pasivas representa una estrategia prometedora para mejorar las condiciones de confort térmico en viviendas de la zona central de Serbia y así constituye una opción importante para viviendas sostenibles en la región. Uno de los aspectos importantes de este trabajo es elaborar propuestas para el diseño de casas con calefacción solar y refrigeración pasiva, que permitieran optimizar el equilibrio complejo entre las diversas exigencias de un clima continental con sus veranos calurosos y secos e inviernos fríos aunque bastante asoleados. Con un diseño optimizado se puede mejorar de forma significativa el confort térmico de viviendas con construcciones económicamente accesibles en la región. De esta forma la investigación aporta al mejoramiento del confort térmico y al aprovechamiento de la energía solar en la vivienda como elementos esenciales de un proceso de desarrollo sostenible. El estándar alemán PassivHaus, que tiene mucho exceso en Europa Central, es conocido por sus bajas exigencias energéticas que requieren baja demanda de calefacción y refrigeración principalmente, y por esos requerimientos, este estándar me llamó la atención a investigarlo y averiguar si es posible aplicar algunos de esos principios en clima serbio, porque las condiciones en invierno son las mismas como en Alemania. Principalmente, a buscar una aproximación a definir qué tan efectivos pueden llegar a ser los sistemas pasivas y su contribución a eficiencia energética de edificación para disminuir la demanda de calefacción y refrigeración era el razón principal a empezar este estudio. El trabajo en conjunto, aparte de estrategias pasivas, es considerar opciones técnicas y tecnológicas de los sistemas activos que cubren el porcentaje de las demandas energéticas que no se pueden satisfacer con sistemas de acondicionamiento pasivo. El producto final será un análisis de comportamiento térmico de viviendas prototipo en bloque lineal en Belgrado, diseñadas con principios de arquitectura solar pasiva, donde se van a reconsiderar los diferentes sistemas activos y sus requerimientos de energía primaria. 12 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 1.2 Objetivos de trabajo 1.2.1 Objetivos generales Encontrar la manera directa y eficaz para afectar el consumo energético actual en edificación. Elaborar y analizar las estrategias de diseño solar pasivo igual como los requisitos tecnológicos de casas PassivHaus, y reconsiderar su aplicación en edificación en Serbia, para disminuir la demanda energética de calefacción y refrigeración en los hogares. 1.2.2 Objetivos específicos Determinar los aspectos y elementos que influyen en las pérdidas y ganancias de calor, y elaborar las estrategias de diseño concretas para invierno y verano, según zona climática. Desarrollar la propuesta de edificio prototipo de bloque lineal de viviendas en el tejido urbano aplicando las estrategias elaboradas y comprobar la eficacia de las mismas. Analizar el comportamiento térmico y calcular la demanda energética de calefacción y refrigeración, determinar el valor de ganancias solares y cuanto afectan la demanda total, que nos dará el porcentaje de energía que necesitamos a cubrir con sistemas activos. 1.3 Metodologia para desarrollo de trabajo Analizando el estado actual de consumo energético en edificación en Serbia, se determinan las causas principales de los cuales proviene este consumo en los hogares. Con análisis profundo de requisitos de estándar de bajo consumo en Europa - PassivHaus, se tratará encontrar los aspectos de este estándar que se pueden aplicar en clima serbio, como complementarios a sistemas de acondicionamiento pasivo. El propósito principal de este trabajo consiste en elaborar las estrategias de diseño para dos estaciones térmicamente extremas, verano y invierno, para edificios plurifamiliares en el tejido urbano de la ciudad de Belgrado, con propósito de bajar la demanda energética de calefacción y refrigeración presente en la edificación. 13 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Además de lo anterior y con el fin de tocar hacer la exploración de una propuesta de edificio prefabricado, el bloque lineal de viviendas, así como la comprobación de las estrategias elaboradas y elementos aplicados de estándar PassivHaus. Posteriormente, se hará el cálculo de un modulo(de un departamento) de confort térmico de balance y variabilidad, simulaciones de programa Archisun y Heliodon y demanda de energía exacta de calefacción y refrigeración con intención de determinar el porcentaje de efectividad de estrategias aplicadas y sistemas de calefacción y refrigeración pasivo. En cuanto se obtenga la cantidad de energía necesaria para sistemas de acondicionamiento activo, se reconsiderará la propuesta aproximativa de los tres soluciones de los sistemas activos y se analizarán igualmente sus requerimientos de energía primaria para funcionamiento y todo con el fin de encontrar la solución enérgicamente más favorable y optimo. Al final, la demanda de edificio de propuesta será comparada con la demanda de edificio de referencia, que en este caso será el mismo edificio pero diseñado según las normativas actuales en Serbia y determinar cuánto son eficaces las estrategias de diseño y la propuesta misma. Para alcanzar el objetivo general planteado se diseñó un esquema de trabajo y de organización y manejo de resultados continuación: Figura 1. Esquema de desarrollo de trabajo 14 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Capítulo 2: Clima de Serbia y Belgrado 2.1 Clima general de Serbia El clima serbio, varía entre un clima continental en el norte, con inviernos fríos, y veranos calurosos y húmedos con precipitaciones bien distribuidas, y un clima más adriático en el sur, con veranos calurosos y secos y otoños e inviernos relativamente fríos con intensas nevadas en el interior. Las diferencias de altitud, la proximidad con el mar Adriático y las grandes cuencas fluviales, así como su exposición a los vientos marcan las diferencias climáticas. La temperatura media anual del aire en el período 1961-1990 en la zona con una altitud de hasta 300 m fue de 10,9 °C. Las zonas con una altitud de entre 300 y 500 m tuvieron una temperatura media anual de alrededor de 10,0 °C, y con más de 1000 m de altitud en torno a 6,0 °C. La menor temperatura registrada en Serbia fue - 39,5 °C (13 de Enero de 1985 Karajukića Bunari, en Pešter), y la más alta de + 44,9 °C (24 de julio de 2007, Smederevska Palanka). Analizando las condiciones climáticas en Serbia, se encuentra un gran salto de temperatura durante todo el año, casi 55-60 grados. Ocurre algunas veces que solo en un día la diferencia de temperatura puede ser 20 grados, que antes no era el caso, y seguramente es la consecuencia del cambio climático, cada año más notable. Belgrado 44°49'14" Norte 20°27'44" Este Figura 2. Posición de Serbia en Europa Figura 3. Mapa de Serbia y posición de Belgrado 15 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 2.1.2 Clima de Belgrado El clima de Belgrado es de tipo continental templado. La temperatura media anual es de 13,7ºC. El clima de otoño con sus días más largos, soleados y calurosos, se hace más potente que el de primavera que es corta y lluviosa. El invierno es con nevadas abundantes, con un total de unos 21 días de temperaturas bajo cero y una temperatura media de -0,5ºC.La temperatura mínima registrada en Belgrado es -20 ºC, pero los últimos años la temperatura mínima oscila entre 1 ºC y -10 ºC. El calor en verano ataca fuerte, con altas temperaturas en Julio y Agosto que suelen superar los 38ºC, mientras la temperatura media durante el resto del verano es de 28,1º C. Los estudios climatológicos aseguran que en Belgrado llueve 137 días, de los cuales 27 nieve. Las grandes lluvias tienen lugar en mayo y junio mientras las lloviznas prevalecen en febrero. La media anual de lluvias es de 669,5 L/m2; la presión atmosférica media es de 1.001mb y la humedad relativa media del aire es de 68,6%. Belgrado pues, es una ciudad bastante húmeda por situarse en los dos ríos que bañan sus orillas. Figura 4. Temperaturas en Belgrado durante el año La gran dificultad en Belgrado son las condiciones en verano. El año 2009 en verano la temperatura medida en sombra era algunos días más de 44,5 °C, y durante la noche 28 °C. La cuidad está considerablemente más calurosa que las zonas rurales que las circundan. Normalmente las temperaturas diarias medias son 1-2 °C más altas, por razones de irradiación de calor de pavimentos, hormigón y transporte público. Resultó imposible refrigerar las viviendas solo con abertura de ventanas y ventilación natural cruzada. Sin embargo, esos casos no ocurren siempre hoy en día, normalmente la temperatura exterior nocturna es más baja que la interior. Muchas veces los habitantes necesitan encender el aire acondicionado durante las horas de noche para mantener o conseguir la temperatura de confort. Igualmente el confort acústico durante la noche tiene su papel en descanso, y para los ciudadanos que viven en las zonas urbanas muy densas y con mucho tráfico, resulta imposible dejar las ventanas todo el tiempo abiertos y el encendido de Aire - Acondicionado ven como única manera de "sobrevivir" las noches calurosas. La necesidad para reducción de consumo energético de refrigeración es tan importante como la de la calefacción en las ciudades de Serbia. 16 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Parámetro Unid Serbia Superficie km2 88.361 Población núm. Lat./Long °„ Altitud m T anual promedio 9.184.177 10,9 T máx. registrado Características Belgrado 359,96 Clima continental excesivo en el norte(grandes diferencias de temperatura entre verano y invierno)y clima mediterráneo al sur 1.576.802 44°49'14" Norte 20°27'44" Este 116,75 13,7 + 44,9 Influencias climáticas: 42 -39,5 A noreste: Vientos fríos -20 T verano promedio 28 A suroeste :Corrientes de aire caliente desde el mar Adriático y Mar Mediterráneo 28, 2 T invierno promedio -5 Estaciones: -0,1 Oscilación veranoinvierno 30 - 55 T min. Registrado Humedad relativa promedio anual °C % 67 Precipitaciones promedio anual mm 1000 Horas de sol promedio h 1500 - 2200 Veranos muy calurosos y húmedos, rachas fuertes de viento, lluvias abundantes repentinas, sequias frecuentes; en clima mediterráneo en sur son veranos calurosos y secos -Inviernos gélidos y nevadas intensas y abundantes 45 Características El clima de Belgrado es continental templado Situado en confluencia de Danubio y Sava Veranos calurosos, con más de 35 días con temperatura superior de 30 grados, el mes más caluroso es julio Inviernos fríos, con nevadas fuertes en meses de enero y diciembre, el mes más frio es enero 21 día con temperatura bajo cero 68,6 540 - 820 2.096 Tabla 1. Características climáticas de Serbia y Belgrado 17 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Figura 6. Temperaturas máximas y mínimas media Figura 5. Precipitaciones Parámetro Unid Belgrado Superficie km2 359,96 Población núm. 1.576.802 Lat./Long °„ 44°49'14" Norte 20°27'44" Este Altitud m 116,75 Radiación solar en plano vertical por año Wh/m 2 2760 Radiación solar en plano inclinado a un ángulo optimo por año Wh/m 2 4130 Angulo optimo de inclinación ° 35 Tabla 2. Parámetros generales y de radiación solar de Belgrado Figura 8. Radiación solar en el plano horizontal, en el plano con ángulo optimo y plano vertical Figura 7. Altura solar en el equinoccio de verano y invierno 18 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 2.2 Actuaciones generales en clima continental templado En el clima continental templado se diferencian las necesidades térmicas en invierno, predominante de calefacción y por lo tanto, en periodo de frio, se trata de aprovechar las ganancias de energía solar de forma pasiva, con métodos de calefacción solar pasiva, con ganancias directas e indirectas. Las condiciones en verano son distintas, la necesidad predominante es la refrigeración. La diferencia de temperatura entre el día y noche puede ser utilizada para aprovechar la ventilación nocturna apara refrigerar los edificios. En este caso es importante la masa térmica, donde, a parte de amortiguación, se aprovecha el desfase en el tiempo entre el máximo da incidencia solar sobre un muro y el momento cuando el calor entra en el interior. La posición de aislamiento térmico siempre se coloca en la capa exterior de masa térmica. La característica específica de ese tipo de clima son las grandes oscilaciones de temperaturas diurnas y anuales. El aprovechamiento de ganancias directas colocando las grandes superficies de ventanas al Sur, puede provocar el sobrecalentamiento en verano. Por lo tanto, es imprescindible la presencia de protección solar que impiden la incidencia solar en el tiempo cuando se puede producir el sobrecalentamiento, pero de tal manera que permiten la entrada sin obstrucción de radiación solar en invierno. Zona climática Zona continental templada Los elementos climáticos muy diversas intensidades de radiación solar Diferencias muy grandes en temperatura anual Las diferencias de temperatura diaria varia, de muy grande a moderada Humedad relativa muy alta Muchas precipitaciones 1000mm Los requisitos fundamentales de edificio Protección de sobreenfriamiento en invierno – aislamiento y capacidad térmica Protección de sobrecalentamiento en verano – protección solar Protección de precipitaciones Tabla 3. Los elementos climáticos de zona continental templada En lugares donde la calefacción es el requisito predominante, las siguientes estrategias pueden ser eficaces: - Baja relación entre superficie y volumen, forma de edificio compacta Aumento de las ganancias solares Reducción de la superficie orientada a norte o expuesta a los vientos dominantes Nivel alto de aislamiento térmico de los cerramientos Control de ventilación y la infiltración Utilización de dobles puertas entre los espacios calefactados y no calefactados Utilización de atrios y patios como zonas amortiguadoras térmicas y para introducir luz natural en plantas profundas 19 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 2.3 Diagrama Psicométrico de Givoni y estrategias de calefacción y refrigeración Figura 9. El diagrama Psicrométrico de Givoni para Belgrado Belgrado Mes Temperatura promedia máx. en °C Temperatura promedia min. en °C Humedad relativa % E F M A M J J A S O N D Anual 3,5 6,4 11,9 17,5 22,5 25,3 27,6 27,3 23,7 18,1 11 5,3 16,7 −2,3 −0,2 3,3 7,8 12,1 15 16,3 16,1 13 8,3 4 −0,2 10,7 79 69 59 64 62 62 63 63 72 74 76 80 68,6 Tabla 4. Temperaturas promedias máximas , mínimas y humedad relativa de Belgrado Con diagrama de Givoni se representan diferentes estrategias de actuación para alcanzar la zona de confort térmico. Gran parte del año podemos alcanzar confort mediante las ganancias internas y el aprovechamiento de la energía solar pasiva, lo que implica una adecuada superficie de captación solar así como una gran capacidad de acumulación y aislamiento térmico. Las condiciones ambientales exteriores salen de la zona de bienestar por la izquierda, especialmente en los meses de invierno. Observando las temperaturas máximas y mínimas promedias de los meses de invierno, se muestra que casi 4 meses se necesita empleo de calefacción convencional, además de calefacción solar pasiva. En julio y agosto, se precisa además de “masa térmica”, la ventilación nocturna. En este estudio nos vamos a concentrar solamente en los meses extremos, en este caso Enero y Julio, y las estrategias analizadas de ahorro energético serán basadas en sus condiciones ambientales. 20 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Un resumen de las estrategias según diagrama psicrométrico de Givoni: MES ENERO ESTRATEGIA DE CALEFACCION ABRIL Calefacción convencional + Calefacción solar activa + Calefacción solar pasiva Calefacción convencional + Calefacción solar activa Calefacción convencional + Calefacción solar activa +C. s. pasiva Calefacción Solar Pasiva MAYO Calefacción Solar Pasiva FEBRERO MARZO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE ESTRATEGIA DE REFRIGERACION Protección solar + Refrigeración por alta masa térmica Protección solar+ Refrigeración por alta masa térmica + Ventilación natural Protección solar + Refrigeración por alta masa térmica + Ventilación natural Protección solar+ Refrigeración por alta masa térmica + Ventilación natural Protección solar+ Refrigeración por alta masa térmica + Ventilación natural Calefacción Solar Pasiva NOVIEMBRE Calefacción solar activa +C. s. pasiva DICIEMBRE Calefacción convencional + Calefacción solar activa Tabla 5. Resumen de las estrategias según diagrama Givoni Para proporcionar una protección solar horizontal en un hueco de fachada orientada al sur utilizaremos una carta estereográfica correspondiente a la latitud de 44° Norte. Figura 11. Rosa de los vientos de Belgrado Figura 10. Carta estereográfica de Belgrado Otro elemento modificador de las condiciones de bienestar es el viento, que en unas épocas incide negativamente (en invierno) y en otros favorable (en verano). El conocimiento de la direccionalidad y velocidad de vientos dominantes nos permite asegurar un mejor comportamiento térmico de edificio. Belgrado se caracteriza por el viento que viene del sur y el sudeste, que lleva pocas nubes y tiempo seco. El viento más famoso de estas regiones es KOŠAVA (Kosava) y es característico en otoño e invierno, pero también ocurre en los meses calurosos y sopla de sudeste-este; sopla en intervalos de 1, 3 o 7 días, pude conseguir una velocidad de 120 km/h, pero la promedia es 25 - 45km/h. Este viento tiene adjetivo de “limpiador” del aire de ciudad de Belgrado. 21 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Capítulo 3: Estándar para minimización de necesidades energéticas en EU Las medidas pasivas de diseño incluyen proporcionar las necesidades reales de los habitantes. En particular, los requisitos espaciales y estándares de confort tienen un impacto significante a consumo energético de edificio y pueden ser diseñados según necesidades individuales. Crecientes per cápita los requisitos espaciales y decrecientes tamaños de aparatos domésticos son las 2 razones para aumento de consumo energético en edificación. La energía primaria depende de locación, clima y estación y uso de edificio. El clima y estación tienen más impacto en las demandas de calefacción y refrigeración. Sin embargo, parámetros climáticos afectan el diseño y consumo energético, pero los principios fundamentales de eficiencia energética se pueden sin excepción aplicar en cualquier clima, solo ajustando los detalles a condiciones de lugar. Se ha hecho el análisis profundo del estándar alemán PassivHaus como el concepto de construcción y su funcionamiento. Llamó la atención por sus exigencias técnicas, tecnológicas y requisitos de limitación de demandas de calefacción y refrigeración muy bajas. Desglosando los conceptos de construcción, se ha tratado de elegir cuales principios se pueden aplicar en clima de Serbia. 3.1 PASSIVHAUS Estándar en UE La Unión Europea a finales de 2008 se llevó a cabo un amplio debate sobre cómo reducir el consumo de energía. Los edificios consumen alrededor del 40% de la energía y exactamente aquí se busca la solución para lograr la mayor independencia de Europa del gas ruso y del petróleo árabe. El estándar Passivhaus es reconocida como una de las soluciones. Han sido anunciadas las primeras legislaciones que en el año 2011 tendría que establecer la norma como un requisito obligatorio para la obtención de permisos de construcción para todos los nuevos edificios que requieren calefacción o refrigeración, con arreglo a las normas de viviendas pasivas o su equivalente no residencial. 4 Efectivamente, la casa Passivhaus está teniendo mucho éxito en los países centroeuropeos, con más de 10.000 edificios construidos. Pero incluso en Alemania, donde nació este estándar, será imposible cumplir con esta intención del Parlamento, ya que se calcula que el Passivhaus llegará a ser obligatorio allí en unos 7 o 8 años, o sea en 2015, en vez del 2011.Sin embargo, un gran potencial de ahorro de energía se encuentra en los edificios existentes, y se buscan los modelos diferentes para hacer posible incorporar los estándares Passivhaus en estos edificios, como forma de rehabilitación. 4 http://www.gradjevinarstvo.rs/TekstDetalji.aspx?ban=820&tekstid=523 22 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 3.2 Funcionamiento de estándar El término "Passive House" se refiere a estándar de construcción cual norma se puede lograr usando una variedad de tecnologías, diseños y materiales. Se trata de un refinamiento de low-energy house (LEH) estándar. Ofrece una manera costo-eficiente con minimización de demanda de energía de los nuevos edificios de acuerdo con los principios básicos de sostenibilidad, y en el mismo tiempo manteniendo el confort de los ocupantes. Figura 12. La comparación entre consumo energético especifico de las viviendas El requisito más importante del estándar PassiveHaus es que su diseño se desarrolla en principios de diseño solar pasivo, proyectando con los condiciones climáticas de lugar, y incorporando las nuevas tecnologías de construcción se intenta bajar la demanda de energía necesaria (de calefacción y refrigeración). Esa estrategia se puede definir como "activa" y se encuentra como la diferencia principal entre casas pasivas tradicionales y edificios construidos con el estándar PassiveHaus. Es decir, las casas funcionan en manera pasiva pero siempre utilizando los sistemas activos de climatización, por ejemplo los motores de ventilación, bombas de calor geotérmicas, etc. Ofrece posibilidad que la demanda energética del edificio se suministra solamente de recursos de energías renovables, pero teniendo en cuanta la disponibilidad de recursos y viabilidad de los extra costes. La eficiencia energética y eficiencia de los recursos son los objetivos básicos del estándar Passivhaus. Los edificios construidos según el estándar cuentan con un gran aislamiento térmico, un control riguroso de las infiltraciones y una calidad del aire interior máxima. Aprovechan la energía del sol para su climatización, con un consumo energético mínimo, del orden de un 70-90% menos que los edificios convencionales. 23 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 3.3 Los requisitos de estándar Este estándar consigue un consumo energético muy bajo con un confort térmico muy alto y es el líder de los estándares de eficiencia energética, como requiere tan poco, como 10 por ciento de la energía utilizada en los edificios típicos en Europa Central. Los requisitos principales: Demanda de energía útil para calefacción máxima ≤ 15 kWh / (m²(a)/año) Demanda de energía útil para refrigeración máxima ≤15 kWh / (m²(a)/año) La carga de calefacción / refrigeración está limitada a un máximo de 10 W/m2 La envuelta de edificio se debe caracterizar con una estanqueidad ,es decir, tiene que ser hermética con el cambio de aire que se limita a las tasas de n50=0,6 /h. (medido con una presión de 50 Pascales) Consumo de energía primaria para calefacción, refrigeración, ACS y electricidad que no puede ser superior a 120 kWh / (m²(a)/año). El numero de 15 kWh / (m²(a)/año) se encontró a partir de calcular la máxima cantidad de calor que se puede entregar con el suministro de aire fresco con la tasa mínima requerida de ventilación, y se limita por: - La temperatura del aire entrante no puede sobrepasar los 50 °C, si el aire que se introduce en el espacio está en una temperatura superior, se pueden producir los problemas con el calidad de aire interior. - Se debe lograr la temperatura de confort en interior (20°C) en las zonas de baja ventilación - eso significa que solo una cantidad de calor puede ser suministrada sin exceder el límite de 50 °C de temperatura. Figura 13. Potencia máxima de calefacción de edificio convencional, CTE y PassivHaus 1.Sistema de calefacción estándar por agua caliente: potencia media aprox. 100 W/ m2. 2.Edificio CTE- Potencia de caldera 25-30 W/ m2. 3.PassivHaus:potencia máx. de calefacción 10 W/ m2.Post-calentamiento del aire máx. 1Kw El cálculo para obtener la condición "para casas pasivas": De la experiencia (y DIN 1946) se sabe que el 30 m³ / h es un caudal de aire mínimo por persona para mantener una calidad razonable del aire interior. Aire tiene una capacidad calorífica específica de 0,33 Wh / (m³ K) (a 21 ° C). Se puede aumentar la 24 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación temperatura del aire fresco por 30 K, no más, para evitar la pirolisis de polvo. 30 m³ / h / Pers. · 0,33 Wh / (K m³) · 30 K = 300 W / Pers Esto demuestra: 300 vatios por persona puede ser aportado por el aire fresco del sistema de calefacción. Si se tiene por ejemplo, 30 m² de espacio habitable por persona, calculando con 10 W por espacio m² vida. Este valor es independiente del clima. Estos requisitos se controlan a través del programa PHPP, menos la estanqueidad de edificio. Las características y componentes básicas que distinguen la construcción de estándar PassivHaus: Super-aislamiento: los cerramientos exteriores opacos deben de tener el coeficiente de transmisión (U) inferior a 0,15 W/m2K Orientación al Sur y control de las ganancias de radiación solar mediante elementos de sombreado - El diseño solar pasivo es imprescindible en diseño de las casas pasivas U - valores para las ventanas y puertas deben ser ≤ 0,8 W/m2K) (0,14 Kcal/h/ft²/°F) (para el marco y cristal). Se requiere la ventana con triple vidrio y marco de buena calidad y aislamiento térmico.(Factor U=0,14; R=7,1) Control riguroso de puentes térmicos y su reducción al mínimo, lo ideal sería su ausencia ≤ 0.01 W/mK (0.006 Btu/(fthF)) El precalentamiento pasivo de aire fresco: El aire fresco puede introducirse en la casa a través de conductos subterráneos que intercambian calor con el suelo(energía geotérmica). Esto precalienta el aire a una temperatura superior a 5 ° C (41 ° F), incluso en los días fríos del invierno. Estanqueidad: n50 de 0,6 h-1 a 50 Pa o menos La ventilación mecánica en toda la casa con recuperación del calor (con eficiencia de 80% o más, con una potencia del ventilador específicamente baja @Wh/m3 (0,013 Wh/ft3) (air-to-air heat exchange) Suministro de agua caliente sanitaria utilizando las energías renovables - placas solares y bombas de calor Ventilación natural cruzada en verano Los aparatos domésticos de alta eficiencia energética - refrigeradores , estufas, congeladores, lámparas, lavadoras, secadoras, etc. son indispensables en una casa pasiva Uno de los requisitos de casas PassivHaus que destaca esas casas es la ventilación mecánica, que será detalladamente explicada en próximo parágrafo. 25 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 3.4 Ventilación mecánica Figura 14. Esquema de ventilación mecánica Los sistemas de ventilación mecánica pueden clasificarse en sistemas de impulsión, sistemas de extracción y de impulsión y extracción. Los sistemas de extracción y los de extracción y impulsión, ofrecen la oportunidad a recuperar el calor a través del intercambiador del aire. En los sistemas de impulsión y extracción, el calor recuperado puede utilizarse parea calentar el aire de renovación mediante un intercambiador de placas o un volante térmico. El funcionamiento del sistema de intercambio del aire(figura 6): El aire caliente (rojo, aire extraído) fluye a través de un canal y suministra el calor a las placas. Este aire saldrá del intercambiador mas frio. En el lado opuesto del intercambiador de placas, el aire exterior (en azul) fluye por canales separados. Este aire absorberá el calor y saldrá del intercambiador con una temperatura más alta (pero aún no contaminado), entonces llamado el aire suministrado (verde). El principio de contraflujo permite la recuperación casi el 100% de la diferencia de temperatura, si el intercambiador es suficientemente largo. En el mercado, están disponibles los sistemas con un 75% a 95% de rendimiento.Por supuesto, esto sólo funciona con los intercambiadores de calor de contraflujo y con los ventiladores muy eficientes (llamados CE-motores con una eficiencia especialmente alta). Figura 15. El funcionamiento del sistema de intercambio del aire 26 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Ventilación funciona correctamente sólo si el aire contaminado es removido constantemente fuera de cocina, baños, y otra habitación con todas contaminación atmosférica significativa. El aire fresco tiene que ser introducido en la sala de estar, sala de niños, los dormitorios y salas de trabajo para sustituir el aire extraído.(Figura 5.) 2 Figura 16. La base técnica del requisito del demanda máxima de calefacción permitida de 15kWh/m /año A medida que nuevos edificios son cada vez más herméticos, la ventilación a través de juntas y rendijas por sí sola no es suficiente para suministrar el aire fresco en los interiores. Apertura de las ventanas recomendada solo no es suficiente. El aire fresco no es meramente una cuestión de comodidad, sino una necesidad para una vida sana. A pesar de que los sistemas de ventilación requieren una inversión adicional para empezar, van a terminar con ahorro considerable de energía, siempre que sean los sistemas altamente eficientes. El sistema de ventilación debería estar diseñado con posibilidades de fácil mantenimiento, y las placas que exigen limpieza necesitan tener el acceso fácil y rápido. Mantenimiento correcto significa cambio regular de filtros y limpieza de los placas intercambiadores, y de no ser así, su eficiencia descenderá y la calidad de aire empeorará. En general, los sistemas de ventilación y de aire-acondicionado, que no reciben el mantenimiento regular no afectan solo el calidad de aire sino que pueden causar problemas de salud de los ocupantes debido a desarrollo de los microorganismos. Ventilación mecánica con recuperación de calor - es un concepto fundamental para edificios de muy bajo consumo energético como es el Passivhaus y uno de los requisitos sin cuales la demanda energética de calefacción y refrigeración no podría ser tan baja. 27 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 3.5 Los principios que se pueden aplicar en caso de Serbia Analizando el concepto de construcción de casas pasivas, determinando que esas viviendas son diseñadas en los principios de diseño solar pasivo pero su funcionamiento depende mucho de los sistemas activos. Siendo que el objetivo de trabajo principalmente es determinar las medidas pasivas de diseño, que funcionamiento de vivienda sin empleo de sistemas activos se prolonga lo máximo posible, primero se tratará aplicar los elementos constructivos básicas y luego se considerará la efectividad de aplicación de sistemas activos específicos de PassivHaus, como ventilación mecánica- HRU. Las características y componentes básicas que se pueden considerar en el diseño, a parte de los principios de diseño solar pasivo: Los principios de aplicación de aislamiento térmico, sus coeficientes de transmisión recomendados, en el orden de 0,15 W/m2K, pero variaría según cerramiento. Las ventanas de alta calidad, de triple vidrio, U del orden de ≤ 0,8 W/m2K) (0,14 Kcal/h/ft²/°F) (para el marco y cristal). Actualmente en Serbia se instalan las ventanas de triple vidrio, pero con el coeficiente U menos eficiente, alrededor de 2,0 - 1,8 W/m2K, pero las ventanas de doble vidrio siguen siendo la opción más frecuente utilizada, por su todavía bajo coste de inversión al principio. Control riguroso de puentes térmicos y su reducción al mínimo, lo ideal sería su ausencia ≤ 0.01 W/mK (0.006 Btu/(fthF)) Realmente la construcción tradicional presta mucha atención en los puentes térmicos, como una de exigencias de clima, pero lo más necesario es control riguroso de mano de obra de los detalles. Uno de principios generales de eficiencia energética en los hogares - los aparatos domésticos de alta eficiencia energética - refrigeradores , estufas, congeladores, lámparas, lavadoras, secadoras, etc. son indispensables en una casa pasiva. Esas componentes serán consideradas como complementarias a medidas de diseño sostenible, es decir, diseño solar pasivo. En el próximo capítulo se determinarán las estrategias concretas de diseño según zona climática. 28 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Capítulo 4: Estrategias de diseño para disminuir las demandas de calefacción y refrigeración La ecuación de temperatura de balance Ti : temperatura media interior para el mes considerado, en ºC Te: temperatura media exterior para el mes considerado, en ºC I: ganancia media por radiación solar, en W/m D: G: 3 aportes medios internos, en W/m³ coeficiente de intercambio térmico, en W/ºC m³ La ecuación de temperatura de balance o de equilibrio, presenta un valor medio de la temperatura interior con unas condiciones climáticas determinadas de clima exterior, pero suponiendo que todos condiciones son constantes en el tiempo y no refleja las variaciones temporales que son muy importantes en las climas templados. El cálculo aproximativo se hace para meses extremos del año, para mes de Enero y Julio. La ecuación expresa que temperatura interior depende de varios factores, principalmente de temperatura exterior. La diferencia de la temperatura exterior y temperatura interior de confort es dependiente de varios factores: los condiciones climáticas exteriores posición geográfica, micro-clima de sitio, los cambios y saltos de temperatura diarios y estacionales tipo y diseño del edificio los ocupantes, sus actividades y criterios de confort Otro aspecto importante son las ganancias solares (I). La radiación solar, sin embargo, es el fuente mayor de los ganancias de calor y su magnitud varía con la ubicación geografica, condiciones del sitio y el diseño de edificios y la distribución de los espacios internos. A parte de los ganancias de radiación solar, en los edificios las aportaciones gratuitas (D) provienen de los ocupantes, dependiente de su actividad metabólica, por el uso de iluminación artificial y aparatos domésticos. El magnitud de ganancias depende del tipo de construcción y actividad que se desarrolla en el interior. El factor importante que influye en el balance interior son las pérdidas de calor, que provienen de pérdidas de transmisión y perdidas por ventilación (G).Las perdidas por transmisión son mas controlables que las perdidas por ventilación. 29 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación El base de diseño bioclimático es aprovechar las ganancias de radiación solar y ganancias de aportes internos para calentar el interior de edificio cuando la temperatura exterior es bajo de nivel de confort, o disipar las ganancias si la temperatura exterior es muy alta. Si edificio está diseñado con respeto a estos principios, puede sostener más tiempo sin necesidad de aporte de sistemas activos de calefacción y refrigeración y la diferencia de temperatura que tienen que superar estos sistemas es menor. Es decir, reducir el periodo de utilización e intensidad de sistemas convencionales. Sin embargo, la estrategia principal de diseño que podemos determinar será afectar a los factores principales que influyen en el confort térmico interior de edifico y que se pueden controlar: GANANCIAS PERDIDAS POR TRANSMISION. Después determinados los factores principales que afectan el balance térmico, analizados los factores y pre-existencias climáticas para Serbia, se pueden concluir las estrategias básicas de diseño para invierno y para verano, con propósito de bajar lo máximo posible las demandas caloríficas y frigoríficas y reducir el empleo de sistemas convencionales de calefacción. Figura 17. Ganancias y pérdidas típicas en invierno y en verano 30 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.1 ESTRATEGÍAS INVIERNO En el comportamiento de los climas fríos y continentales, se deben considerar los aspectos que ocurren como en invierno, tanto en verano, por sus exigencias antagónicas. Por sus grandes saltos de temperatura y requerimientos diferentes durante el año, hay que introducir siempre en diseño arquitectónico los elementos variables, como protección solar variable, aislamiento nocturno, ventilación variable, etc. En el periodo de frio, las ganancias solares y ganancias de los aportes interior, no son suficientes para conseguir la temperatura de confort requerida de los ocupantes. La temperatura interior de balance se puede subir notable tratando de aumentar ganancias, disminuir las perdidas y aplicando los sistemas pasivos de calefacción. Eso son las estrategias principales en construcción para reducir la demanda calorífica y reducir el periodo de calefacción. El porcentaje de demanda energética que se necesita a conseguir la temperatura de confort se cubre con los sistemas activos convencionales de calefacción, cual propósito es alcanzar que la temperatura interior esté dentro de los valores de confort dependiendo de estación. La temperatura de balance divide el año en tres diferentes periodos, cual duración y intensidad dependen de clima, el tipo de edificio y diseño ( figura 17.) Figura 18. Ganancias y pérdidas de temperatura Figura 19. Periodos durante el año que divide la temperatura de balance 31 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Figura 20. Esquema de estrategias para invierno desde ecuación de balance 4.2 ESTRATEGIA: minimización de las pérdidas de calor por transmisión Figura 21. Reducción de pérdidas de calor Previamente, para conseguir el nivel de aportación solar satisfactorio, se debe reducir la demanda de energía mediante el diseño correcto del edificio, poniendo un buen grado de aislamiento térmico y considerando las ventanas de alta calidad y acristalamiento con menor coeficiente de transmisión, porque estos aspectos de diseño son principales y tienen mayor importancia en regiones con climas parecidas a Serbia. Pérdidas por transmisión pueden ser reducidas drásticamente considerando siguientes acciones, que se dividen en permanentes y variables: 32 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Permanentes son: mejorar el aislamiento térmico del edificio, es decir, mejorar los coeficientes de transmisión (U) interrumpir los puentes térmicos en la construcción diseñar el edificio con forma más compacta para reducir el superficie de la piel por la que se pierde el calor controlando la estanqueidad de construcción Variables son: planteamiento de aislamiento nocturno móvil y variable para los superficies acristalados en la fachada Coeficiente de transmisión "U" Mejorar los coef.de transmisión "U" de los cerramientos significa tratamiento de los superficies exteriores de envolvente: 1. Partes opacas Aislamiento térmico 2. Partes transparentes Ventanas de alta calidad 3. Proporción entre partes opacas y huecos de la fachada Los partes opacas de la fachada se mejoran aumentando el grado de aislamiento térmico en lado exterior y los partes transparentes (huecos) de envolvente, que presentan el punto más débil en la construcción desde punto de vista de perdidas, se mejoran poniendo las ventanas de alta calidad. Otro aspecto muy importante es la relación entre partes opacas y huecos en el envolvente de edificio, cual dimensionado tiene que ser proporcionado con mucho cuidado teniendo en cuenta interdependencia entre ganancias y pérdidas. El estándar de serbia sobre el coeficiente de transmisión (u) de los cerramientos Según el estándar actual en Serbia, el coeficiente de transmisión de calor para las paredes exteriores tiene que tener el valor U <0,9 (W/ m2 oK), pero los arquitectos en colaboración y de acuerdo con los inversores diseñan y proyectan las fachadas con valores U = (0,50 a 0,65) W/ m2 oK, probando y tratando de mejorar las situación actual en los últimos 15 años para bajar la cantidad de energía necesaria para la calefacción y refrigeración. La normativa exige el valor del coeficiente de transmisión para las ventanas U = (2,1 a 3,1) W/m2 oK, mientras que hoy en día en los edificios nuevos se instalan las ventanas con coeficiente mejor ,en alrededor de (1,4 – 1,8) W/m2 oK. Normalmente el acristalamiento en las ventas consiste de doble vidrio. Resumen de coeficientes de transmisión de cerramientos según normativa actual en Serbia: muros de fachada U <0,9 (W/ m2 oK), cubierta U <0,65 (W/ m2 oK), suelos U <0,6(W/ m2 oK), paredes en contacto con terreno U <0,7 (W/ m2 oK), huecos U <2,9 (W/ m2 oK) doble vidrio U <2,2 (W/ m2 oK) triple vidrio medianeras U <1,85 (W/ m2 oK), forjados entre pisos U <1,35 (W/ m2 33 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.2.1 Tratamiento de los partes opacos de cerramientos exteriores 4.2.1.1 Aislamiento termico Uno de los principios más importantes para construcción de un edificio enérgicamente eficiente es aislamiento térmico interrumpido(línea amarilla-Figura 23.) que minimiza los perdidas de calor, mejor dicho “empaqueta” todo el edificio y minimización de los puentes térmicos . Figura 22. Envolvente de edificio con aislamiento térmico no interrumpido Un muy buen aislamiento térmico para paredes exteriores y cubiertas es beneficioso tanto en invierno como en verano. Con una baja transmitancia térmica de los cerramientos exteriores baja también la demanda de energía del edificio.(figura 24) En función del clima se puede optimizar el grosor del aislamiento térmico hasta encontrar el punto de inflexión, donde el aumento de grosor es muy poco relevante para la mejora de la eficiencia energética. Las pérdidas de calor son un factor significativo en el balance energético de un edificio y se evitan condensaciones internas. Cualquier pérdida de calor debe ser compensada por una ganancia de calor correspondientes, de lo contrario la temperatura dentro de la casa va bajando. En Europa central, las temperaturas medias medidas en los períodos invernales son -12 ° C afuera y 21 ° C en el interior. En Serbia la temperatura que se toma en calculo es -18° C para región de Belgrado, pero temperatura mínima de invierno puede variar en toda la Serbia entre -16° C y -22° C. Valores U (el coeficiente de transmisión) de los muros exteriores, forjados y techos en casas PassivHaus varía entre 0,10 hasta 0,15 W / (m² K) (para el clima de Europa Central estos valores pueden ser un poco mayores o menores dependiendo del clima). En climas cálidos o durante los meses de verano, un buen aislamiento también proporciona bien la protección contra el calor. Otro principio esencial es el "diseño sin puentes térmicos ": el aislamiento se aplica sin ningún tipo de "puntos débiles" alrededor de todo el edificio con intención de eliminar los puentes fríos, así como las pérdidas excesivas de calor. Figura 23. Carga térmica de edificio bien y mal aislado 34 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Los datos siguientes presenta las pérdidas de calor típicas de los distintos cerramientos exteriores basado en una casa típica europea unifamiliar con un área de la pared exterior de 100m². Las temperaturas en invierno de -12 ° C fuera y 21 ° C en el interior. Desde los datos se puede concluir que una inversión en el aislamiento térmico puede exigir gastos principales, pero se devolverá durante el tiempo a través de gastos anuales de calefacción. U-value W/m²K 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,15 0,10 heat loss (load) W 3300 2640 1980 1320 660 495 330 annual heat loss kWh/(m²a) 78 62 47 31 16 12 8 annual costs (2005) only of the heat loss of external walls €/a 429.343.257.172.86.64.43.- Fuente : PassivHaus Instituto 4.2.1.2 Control de los puentes térmicos Los puentes térmicos son lugares de geometría lineal o bien puntual del cerramiento exterior, donde el flujo de energía es más grande respecto a la superficie general del cerramiento. La ejecución y control de los detalles de los puentes térmicos durante la construcción es muy importante. En los países Europeos con clima frio, el aislamiento y minimización de los puentes térmicos son puntos obligatorios en construcción desde siempre y el aislamiento de alta calidad también es beneficioso en verano tanto como en invierno. Este aspecto de ejecución de aislamiento térmico es uno de los puntos más importantes que promueve y el estándar PassivHaus. La regla del rotulador - la capa de aislamiento continua en toda la envolvente del edificio(Figura 25.). La transmisión de energía (frío y calor) no sólo se da en los elementos generales como paredes o techos, sino que también se da en las esquinas, ejes, juntas, etc. Los puentes térmicos son lugares de geometría lineal o bien puntual del cerramiento exterior, donde el flujo de energía es más grande respecto a la superficie "normal" del cerramiento. Estos puentes térmicos perjudican la eficiencia energética del elemento constructivo. Para lograr un buen aislamiento térmico efectivo es necesario prestar atención a reducir los efectos de los puentes térmicos. Figura 24. Regla de rotulador de capa continua de aislamiento 35 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Siguiendo unas pocas reglas simples es posible eliminar los efectos de los puentes térmicos: No interrumpir la capa de aislamiento En las juntas de los elementos constructivos del edificio, la capa de aislamiento debe unirlas y rellenarlas. Si interrumpir la capa de aislamiento térmico es inevitable, usar un material con la resistencia térmica más alta posible. Los puentes térmicos reducen las temperaturas superficiales de la cara interior del muro en invierno lo cual incrementa el riesgo de formación de condensaciones. Los puentes térmicos también pueden minimizarse instalando las ventanas en la capa del aislamiento y cubriendo parte del marco con aislamiento térmico. Sin embargo, debido al cambio de grosor de la capa de aislamiento, es normal que quede un puente térmico en la junta entre la ventana y la pared. Reducir o evitar los puentes térmicos es en general una cuestión de coste-eficiencia para reducir las pérdidas por transmisión o la transmisión de cargas de calor. Mediante la aplicación adecuada de aislamiento, la transmitancia térmica lineal es reducida a valores por debajo de 0.01 W/mK. 4.2.2 Tratamiento de los partes transparentes de cerramientos exteriores LA VENTANA - PUNTO CRÍTICO EN EL BALANCE ENERGÉTICO. Los elementos acristalados suelen ser la característica más compleja en los edificios sostenibles. Los últimos años el avance en tecnología y diseño de las ventanas es más notable y ahora es posible especificar la composición de un acristalamiento que puede responder a los requisitos de ganancia solar, conservación de calor y transmisión. Figura 25. Las ventanas de alta calidad de triple vidrio Los edificios diseñados con aprovechamiento de sistemas pasivos, para cumplir los requisitos de eficiencia energética en el clima serbio, es imprescindible mejorar la calidad de acristalamiento y marcos de ventanas que se ahora utilizan y encuentran en los edificios. Las ventanas normalmente utilizadas son de doble vidrio, con coeficiente U <2,9 (W/ m2 oK). Considerando las pérdidas de calor a través de cerramientos, el aumento de grosor de aislamiento térmico es razonable hasta un punto. Las pérdidas a través de acristalamiento de cerramientos son mayores y el punto más crítico, y por lo tanto, la inversión en ventanas de alta calidad es indispensable y el funcionamiento de las casas no podría llegar a un nivel satisfactorio. La estrategia del 36 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación tratamientos de partes transparentes seria sustituir el doble acristalamiento por triple con baja emisividad y con marcos súper - aislados. El coeficiente de transmisión de marco y de vidrio en conjunto estará en el rango de 0,8 - 1,0 W / (m² K). Estos componentes funcionan en manera que las pérdidas totales de calor de una ventana serán tan sólo la mitad con respecto a una nueva ventana convencional. Pero las ganancias solares directos e indirectos se captan a través del cristal también, más allá de función solo de iluminación. Por lo tanto, se ha demostrado que mediante el uso de estas ventanas de alta eficiencia, el resultado será un balance energético positivo, incluso en el período de invierno de Europa Central, siempre y cuando la orientación es adecuada y el sombreado no excesivo. Como requisito de confort, los coeficientes de transmisión U, de las ventanas serán inferiores a 0,8 W / (m² K) de acuerdo con la nueva norma europea (EN 10077). Una de las consecuencias de pérdidas de calor muy bajos es que la temperatura de la superficie interior de ventana, incluso en frías noches de invierno europeo, excederá de 17 °C. Eso implica un confort térmico excelente incluso cerca de la ventana: No habrá ni problemas con la "radiación fría" de la ventana. El nivel de aislamiento del envolvente opaco antes propuesto(U-valor 0,15 W / (m² K) esté bien adaptado a la calidad de las ventanas adecuadas. También como forma de reducir la pérdida calor a través de acristalamiento es la utilización de algunos gases, como argón o el criptón, en la cámara de aire. 4.2.3 Proporción entre partes opacas y huecos Dimensionado de las superficies acristaladas hay que pensar con mucha precaución, diseñando en el mismo momento con estrategias para periodo de frio y periodo de calor. Es muy importante proporcionar bien el acristalamiento en relación de sobrecalentamiento en verano y pérdidas de calor excesivas en invierno. El dimensionado debería de ser comprobado en los cálculos de balance energético desde los principios de diseño, y proporcionado respetando que las perdidas por transmisión no exceden las ganancias y que el balance energético no sale a la cuenta. Algunos estudios mostraron que en el clima continental, el incremento de superficie de las ventanas no necesariamente incrementa la demanda calorífica, si el diseño está bien pensado desde el principio respetando los requisitos de confort de invierno y verano. En las climas templados, cual característica es gran salto de temperatura durante todo el año, es recomendable no exceder con superficie de los huecos 50% de superficie de fachada Sur que capta la energía. En los climas fríos de países nórdicos las ganancias pasivas no afectan las perdidas, por menor disponibilidad de radiación solar, y por lo tanto, el área de ventanas debería de ser proporcionada según necesidad de luz diaria en los espacios. Con las ventanas de alta calidad y la protección solar efectiva las ganancias solares pasivas pueden bajar demanda calorífica auxiliar en invierno y sin causar sobrecalentamiento en verano. 37 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Resumen de estrategia ESTRATEGIAS INVIERNO Objetivo CLIMA CONTINENTAL TEMPLADO ESTRATEGIA : CONTROL DE PERDIDAS POR TRANSMISION Factores Acción Donde , Que y Porque? Como? influyentes Aumento de grado de aislamiento térmico en el parte exterior de la masa térmica Aspectos de urbanismo: - control adecuada de asoleamiento Mejorar coeficientes de transmisión "U" Permanentes Aspectos arquitectónicos: - forma del edificio - orientación y tamaño de los huecos Tratamiento de Partes Opacas Tratamiento de Partes Transparentes Todo el Control de los puentes térmicos : envolvente de la regla de rotulador - la capa de edificio aislamiento continua en toda la envolvente del edificio. Ventana - punto critico en balance energético Ventanas de alta calidad - triple vidrio - Marco con coef. U≈ 1,2 W / (m² K) - Acristalamiento con coef. U≈ 0,8 W / (m² K) Dimensionado de los superficie acristaladas - con estrategias de periodo frio y caluroso en el mismo tiempo Todo el envolvente de edificio Todo el envolvente de edificio Proporción de los No exceder con huecos 50% de partes opacas y toda la fachada Fachada Sur huecos Con las ventanas de alta calidad y la protección solar efectiva las ganancias solares pasivas pueden bajar demanda calorífica auxiliar en invierno y sin causar sobrecalentamiento en verano. Aislamiento variable - puentes térmicos Variables Reducir las perdidas por transmisión - orientación de edificio Tratamiento de Planteamiento de aislamiento Partes Exteriores nocturno móvil y variable Partes acristaladas de la fachada Tabla 6. Estrategias invierno 38 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.3 ESTRATEGIA: Maximización de ganancias solares DISEÑO SOLAR PASIVO Los sistemas solares de calefacción y refrigeración pueden ser activos o pasivos. Los sistemas activos son generalmente el conjunto de dispositivos que tienen función única y no forman la parte de construcción, mientras los sistemas pasivos están integrados en el edificio. Un resumen de los sistemas pasivos con respecto a los activos: forman parte de la construcción propia son económicos, por su bajo coste adicional gran durabilidad, análoga a la del propio edificio funcionamiento sencillo mínimo mantenimiento y no requieren la energía auxiliar para su funcionamiento La gran dificultad que tienen los sistemas pasivos respecto a los activos es la manera de medir su aportación a la carga térmica, que no se puede cuantificar de forma instantánea y directa, sino de modo indirecto comparando los consumos de edificios de referencia convencional con los edificios de concepto bioclimático. 4.3.1 Los sistemas básicos de calefacción solar pasivo Se asume que 2/3 del consumo energético en edificios en Europa se debe a calefacción. Según la situación presente, Serbia tiene casi el menor nivel de eficiencia energética en toda la Europa. Los edificios en Serbia gastan 60% de la energía total consumida, y el porcentaje en Europa del rango de 40 %.La energía solar, mediante los sistemas pasivos, podría contribuir con un gran porcentaje de ahorro de energía en calefacción, especialmente en los países con climas fríos y continentales. De los sistemas pasivos existen 4 configuraciones diferentes: a) Sistemas captadores directos b) Sistemas captadores semi directos c) Sistemas captadores indirectos d) Sistemas captadores independientes En el estudio se considerarán solo sistemas con posibilidad de aplicar en la edificación en la ciudad, que en este caso serían sistemas a, b y c. 4.3.1.2 Captación directa El más simple de los enfoques es un diseño es ganancia directa. La radiación solar es admitida en el espacio y casi toda ella se convierte en energía térmica. Las paredes y el suelo se utilizan para captación de energía solar y almacenamiento térmico mediante la interceptación de radiación directamente, y / o mediante la absorción de la energía reflejada o irradiada. Por la noche, cuando la temperatura exterior baja y el espacio interior se enfría, el flujo de calor en las masas de almacenamiento se invierte y el calor se direcciona hacia el espacio interior con el fin de alcanzar el equilibrio. Esta re-radiación de calor recogida durante el día puede mantener una temperatura agradable durante las noches fríos y se puede extender en varios días nublados sin "recargar". La ganancia directa es un concepto simple y se puede emplear una gran variedad de materiales y combinaciones de ideas que dependerá en gran medida sobre el sitio y la 39 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación topografía, la ubicación y la orientación y forma de edificio; (profundidad, longitud y volumen), y de uso y distribución del espacio. La orientación del edificio al sur debe ser libre de obstáculos de gran tamaño (por ejemplo, los edificios altos, árboles altos) que pueden bloquear la radiación solar. A pesar de que la exposición al sur es cierto óptima para maximizar la contribución de ganancias solares, no es siempre posible. Siempre que el edificio se posiciona dentro de ángulo 60º a sur, las ventanas orientadas al sur recibirán cerca de 90 por ciento de radiación solar. Como en los colectores solares, el vidrio como la barrera térmica respecto a exterior, produce el efecto invernadero. Para mejorar el balance térmico del conjunto es fundamental reducir las pérdidas de calor, especialmente a través de ventana, en cual se producen mayores pérdidas por conducción, convección, radiación de onda larga y por infiltraciones. Los sistemas directos tienen unos rendimientos a la captación (r) variables entre 0,4 y 0,7, según el tipo de vidrio, las carpinterías y el grado de limpieza. El factor de retardo (f) es prácticamente nulo. Los valores típicos son: r = 0,55 y f = 0. Figura 26. Principios de captación directa Las ganancias solares directas a través de acristalamiento dependen de: Clima, meteorología Orientación , obstrucciones Característica de los materiales de acristalamiento - Transmitancia media de vidrio (g) - normalmente es 0.6 Superficie de ventanas (m2),posición y forma de hueco Posición, forma y dimensionado de los dispositivos de sombreado 4.3.1.3 Captacion indirecta Sistemas indirectos son aquellos en los que la captación se hace mediante un elemento acumulador que almacena energía, para ceder posteriormente el calor al ambiente interior. Los sistemas indirectos tienen, en general, rendimientos (r) entre 0,15 y 0,28, mientras que los factores de retardo (f) más habituales están situados entre 0,7 y 1,1. Podemos clasificarlos en sistemas indirectos por fachadas, por cubierta o por suelo, según la situación del elemento de acumulación de calor. Se clasifican por su captación, por suelo, por fachada, por cubierta. 4.3.1.3.1 Muro acumulador térmico/ Muro invernadero El muro acumulador térmico es un sistema indirecto en el cual la captación solar se realiza a través de un muro de fachada, de hormigón o ladrillo, pintado en negro con cara externa y cubierto por un vidrio dejando una cámara del aire de unos 12 cm. Interactúa con vidrio en la parte exterior calentando el aire y enviándolo hacia el interior de la vivienda por 40 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación conducción, y por otra, hacia el exterior, dependiendo de la diferencia de temperatura, y en este caso convirtiéndose en perdidas. a b Figura 27. Funcionamiento de Muro Trombe(a) y Muro acumulador(b) térmico 4.3.1.3.2 Muro Trombe En su forma básica, el dispositivo consiste en un muro con un espesor de 15 a 40cm, construido con un material de elevada masa térmica (tierra, ladrillo o concreto, por ejemplo), en cuya parte exterior se instala una superficie acristalada que se separa de 5 a 15cm del muro para generar una cámara de aire cerrada herméticamente. Generalmente la superficie acristalada es de vidrio de elevada transmisividad, para facilitar el paso de la radiación solar. Por otro lado, la superficie externa del muro (hacia la cámara de aire) se suele cubrir con un acabado absorbente solar selectivo, es decir, de elevada absortividad y baja emisividad, por ejemplo pintura color negro mate, o mejor aún, chapa metálica también con terminado en negro adherida uniformemente al muro. Esto último tiene el objetivo de intensificar al máximo la absorción superficial de energía calórica. En términos generales, el funcionamiento del muro Trombe con esta configuración básica es relativamente simple. Los rayos solares, principalmente sus componentes de onda corta, atraviesan la superficie vidriada e inciden directamente sobre la superficie exterior del muro. La superficie del muro absorbe la radiación y eleva significativamente su temperatura (mientras más alta sea la absortividad y más baja la emisividad de la superficie mayor será el efecto de absorción y calentamiento). Al mismo tiempo, el vidrio provoca un efecto de invernadero al impedir la salida de la radiación de onda larga generada por los procesos de calentamiento, propiciando que el aire dentro de la cámara también eleve su temperatura de manera significativa. Gracias a sus movimientos convectivos, el aire caliente contribuye a elevar aun más la temperatura del muro. Debido a estos procesos el muro se calienta gradualmente y genera un efecto de almacenamiento de calor mientras éste es conducido al interior. Así, los máximos aportes de calor al interior del edificio, que pueden ser bastante significativos, suelen darse durante la tarde y las primeras horas de la noche (el tiempo de retraso térmico dependerá en buena medida del grosor del muro). Para lograr su máxima eficiencia los muros Trombe deben orientarse hacia el ecuador (hacia el sur en el hemisferio norte y hacia el norte en el hemisferio sur), de tal manera que tengan la máxima exposición solar durante el invierno y la mínima en verano. En ocasiones es necesario prever un voladizo en la parte superior para evitar la incidencia de la radiación solar sobre el muro durante el verano, cuando el calentamiento no es necesario. Dado que durante el invierno los ángulos solares son mucho más bajos, el voladizo, si se dimensiona correctamente, no impide la exposición solar en ese periodo. El uso de sistemas de acristalamiento de doble vidrio (y hasta triple) para reducir las pérdidas de calor hacia el exterior. 41 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación La implementación de sistemas aislantes para cubrir la superficie vidriada durante la noche, también para reducir las pérdidas de calor, y/o durante el verano para evitar las ganancias de calor hacia el interior. La generación de aberturas practicables hacia el exterior en la cámara acristalada, con el objeto de permitir su ventilación durante el verano y reducir las ganancias de calor. 4.3.1.4 Sistemas semi - directos Invernadero adosado Son sistemas donde, entre el ambiente interior y el exterior, se interpone un espacio que capta la energía solar. Consisten en recintos acristalados cerrados construidos en la cara sur (para el hemisferio norte y norte para el hemisferio sur) del edificio. Dependiendo del clima y del uso a que se le destine, puede haber un muro de separación con la parte habitada del edificio y otro tipo de almacenamiento. Sirve para estabilizar la temperatura tanto en el invernadero como en la vivienda. Los valores típicos a considerar son: r = 0,18 y f = 0,4. En algunos casos el invernadero se utiliza para dar un precalentamiento al aire que penetra en el interior del edificio. La temperatura en su interior puede sufrir grandes variaciones entre el día y la noche, por eso no es muy útil como vivienda, si no se utiliza un control adecuado que puede consistir en unas simples persianas para el período nocturno o la utilización de un calentamiento auxiliar. Los invernaderos pueden adoptar una amplia gama de formas geométricas, con las cuatro paredes acristaladas (incluyendo el techo), o bien las laterales opacas. Con el fin de aprovechar la energía calorífica acumulada en el invernadero o galería, se pueden instalar ventiladores que impulsen el aire hasta el interior de la vivienda. Las ventajas del uso de los invernaderos y galerías acristaladas, reside en que el clima de las viviendas mejora sensiblemente situando un recinto compensador entre el espacio habitado y el exterior. Figura 28. Comportamiento térmico de Puede ocupar la totalidad o solo parte de la fachada sur invernadero adosado en invierno, del edificio, tanto en altura como anchura, con lo que periodo neutral y verano. reduce la parte de la obra y las pérdidas por ventilación. Entre los inconvenientes se pueden ver los problemas de sobrecalentamiento que se pueden presentar en verano, las grandes oscilaciones que experimenta su temperatura interior y el costo de su construcción que suele ser superior a las ganancias energéticas que proporciona, si no se compensan con otras utilidades, tales como estancias en ciertos períodos del año. 42 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.4 Resumen: Aspectos básicos de la calefacción solar pasiva Los principios básicos que se tienen que tener en cuenta para reducir la energía requerida en un proyecto de arquitectura con aprovechamiento pasivo: Orientación Soleamiento/Obstáculos Arboles Forma de edificio / Distribución de los espacios interiores / Comunicación Aislamiento térmico Capacidad térmica/Masa térmica de envolvente Acristalamiento / tamaño y distribución de los huecos Protección solar Color Ganancia directa / Indirecta Orientación El aspecto fundamental al principio de diseño. La orientación de la fachada Sur captadora debería de ser con una desviación acimutal de ±20º.MAs desfavorables son las fachadas de Oeste y Este desde punto de vista térmico y por lo tanto se debería intentar a disminuir la superficie expuesta y el tamaño de los huecos. Figura 29. Responder a orientación Soleamiento Lo primero que debemos conocer, es la posición del sol a lo largo del año, para poder prever estrategias para aprovechar la fracción infrarroja de la radiación solar incidente (la que aporta energía calorífica), y captarla, guardarla y usarla en beneficio de nuestro espacio. Cada edifico con el objetivo de aprovechar la radiación solar debe asegurar un soleamiento sin obstáculos en invierno en la fachada Sur, y por lo tanto hay que evitar obstáculos exteriores, como arboles, otros edificios, topografía, etc. Figura 30. Trayectoria solar 43 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Arboles Si se tiene la posibilidad de colocar arboles alrededor de edificio, conviene situar al lado de fachada sur los arboles de hoja caduca, de manera que no sean obstáculos para soleamiento en invierno y sin embargo estar como protección solar en verano. En el lado norte se sitúan normalmente de hoja perenne de modo que protegen de los vientos desfavorables y en el lado oeste/este como protección solar. Figura 31. Los arboles de hoja perenne y hoja caduca Forma del edificio/distribución interior La forma de edificio conviene que sea más compacta, especialmente en los climas con condiciones extremos. En general, los edificios orientados a lo largo de un eje esteoeste son más eficientes para la calefacción en invierno y verano, tanto de refrigeración . Esta orientación permite acristalamiento máximo (ventanas) al sur para captación solar, y también es ventajosa para el verano para condiciones de refrigeración, ya que minimiza la exposición de este a oeste por la mañana y la luz del sol de verano por la tarde. Esto no significa que todos los edificios deben ser orientadas en forma rígida. Diferentes formas de construcción y orientaciones pueden ser diseñados para llevar a cabo de manera eficiente mediante la combinación de cristales efectiva, la exposición solar, y el sombreado en la forma del edificio. Esta eficiencia puede ser mejorada por las variaciones con la colocación de los espacios interiores y por el uso de opciones como claraboyas y lucernarios. Dependiendo del sitio, la topografía, y la forma del espacio disponible, las orientaciones que no sea este y el oeste puede ser conveniente. Sin embargo, para la mayoría de los climas, un eje Este-Oeste es el más eficiente para la calefacción y la refrigeración. En cuanto a su distribución, los espacios de servicio de deben situar al norte , y espacios habitables que son los más ocupados y tienen la mayor exigencia de la calefacción y la iluminación debe ser desplegado a lo largo de la cara sur del edificio. Habitaciones que son menos utilizados (armarios, áreas de almacenamiento, garajes) deben ser colocados a lo largo de la pared norte, donde pueden actuar como un amortiguador entre el espacio de alto nivel de uso y el lado frio del norte. Conviene colocar la entrada al norte, con un vestíbulo estanco, contraviento. En cualquier manera, se debe procurar establecer una forma de comunicación entre zonas de vida y zonas frías, entre sus distintos niveles, por ejemplo a través de un hueco en las escaleras si se trata de una vivienda dúplex, de tal manera de que se reduce el gradiente entre las zonas distintas y se mejoran las temperaturas internas. Uno de los aspectos básicos que se tiene que tener en cuenta en la distribución interna es la ventilación cruzada, cual es imprescindible para el confort. 44 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Figura 32. Distribución interior de los espacios Aislamiento térmico Es fundamental conseguir un buen grado de aislamiento térmico de la envolvente del edificio para reducir la carga térmica. Es imprescindible evitar los puentes térmicos y que aislamiento cubre todo el edificio sin interrupciones. El aislamiento térmico se sitúa en la parte externa de la fachada para que su masa térmica esté en interior y que permite acumulación de calor en el interior. En los climas fríos las casas súper aisladas dan buen resultado. Capacidad térmica / Masa térmica Para bienestar térmico, es indispensable conseguir la estabilización de las temperaturas internas dentro del confort, o sea, en invierno entre 18-21ºC, y en el verano entre 24-26 ºC. Para hacerlo posible, se debe pensar en capacidad térmica de los elementos interiores y exteriores. La masa térmica localizada en interior en las zonas asoleadas conviene ser de color oscuro y de una distribución uniforme. Su densidad no debe ser menos de 200kg/m2. Para favorecer el funcionamiento se deben situar las masas térmicas en las zonas del edificio donde el intercambio energético sea más grande, que normalmente está cercano a las superficies vidriadas. Figura 33. Temperatura de interior en un día caluroso en edificios de alta y baja inercia térmica, puede ser útil como en climas cálidos tanto en climas fríos 45 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Acristalamiento La orientación de acristalamiento en la fachada debe tener principalmente la superficie más expuesta en Sur, y conviene evitar colocación de los huecos en las fachadas Este y Oeste. La fachada norte será el mínimo exigido por razones de iluminación y ventilación natural. En climas fríos convienen las ventanas con triple vidrio y igualmente la presencia de aislamiento nocturno en modo de aislamiento móvil, cómo contraventanas, persianas,...que reducen las perdidas nocturnas. En dicha clima, es muy importante pensar bien el acristalamiento en relación de sobrecalentamiento en verano y perdidas de calor excesivas en invierno. Protección solar Para evitar sobrecalentamiento en verano, hay que utilizar la protección solar en huecos y de tipo variable, para proporcionarlo para ser adaptable lo más posible. Figura 34. Diferentes tipos de dispositivos de sombreado Color El color del edificio en verano tiene mucha influencia, especialmente la cubierta como el elemento más sensible al impacto solar. En el interior de edificio, conviene tener las paredes y techos de colores claros, por reflexiones y absorción, pero los pavimentos pueden ser de colores más oscuros. 46 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Resumen de estrategia ESTRATEGIAS INVIERNO CLIMA CONTINENTAL TEMPLADO - Posición, forma y dimensionado de los dispositivos de sombreado - Características de acristalamiento y coeficiente de transmisión - Asoelamiento - Capacidad termica - Color de la piel Sistemas básicos de captación Aumentar ganancias solares ESTRATEGIA : MAXIMIZACION DE GANANCIAS SOLARES Factores Acción Donde , Que y Porque? Objetivo Como? influyentes - Vegetación, Ventanas - Huecos obstrucciones Captación Fachada - orientación y - manifestación mas sencilla; directa Sur, cubierta forma de edificio, - equilibrio entre las demandas distribución interior opuestas de calefacción y refrigeración pasiva - orientación, forma y tamaño de los Muro Trombe , Muro Invernadero huecos Captación indirecta - la captación se hace mediante Fachada Sur un elemento acumulador que almacena energía, para ceder posteriormente el calor al ambiente interior Invernadero Adosado Captación Semi- entre el ambiente interior y el Fachada Sur directa exterior, se interpone un espacio que capta la energía solar Tabla 7. Resumen de estrategia de Maximización de ganancias solares En general en climas fríos y continentales, se puede ahorrar entre 30−70% del consumo total aplicando las estrategias de calefacción solar pasiva. El sistema de calefacción auxiliar complementario a solar pasivo, debe ser de poca inercia y estar regulado por sistema de control con termostato. Conclusión: Control de pérdidas y sistemas solares pasivos de calefacción son dos estrategias de diseño diferente e interdependiente: a través de ventanas se recibe radiación solar, que son las componentes de la piel con mayores pérdidas por transmisión. Con aumento de las superficies de ventanas, es decir, aumento de las ganancias solares resulta en mayores pérdidas de calor, y también puede causar el exceso de calor en verano. Por lo tanto, el objetivo principal de diseño seria: Diseñar teniendo en cuenta ambos estrategias, sus características e interdependencia, sin maximización de los efectos individuales sino pensar en su funcionamiento complementario que resultará con mejores resultados. 47 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.5 ESTRATEGÍAS VERANO El confort térmico en verano significa algo más que mantener la temperatura del aire en interiores por debajo de 26 °C. Las altas temperaturas o humedad alta (o ambos) puede llevar a disconfort excesivo. Hay tres principales fuentes de calor en verano no deseados: los ganancias directas solares en un edificio, por las ventanas y claraboyas; la transmisión de calor y la infiltración de las altas temperaturas del exterior, a través de los materiales y elementos de la estructura, y los aportes interiores producidos por los aparatos, equipos, y los habitantes. De los tres, el primero es potencialmente el mayor problema, pero generalmente es el más fácil de controlar. El sobrecalentamiento es un fenómeno que se produce al transformarse, en un espacio cerrado, la energía solar incidente, en energía térmica. Este fenómeno provoca que en los edificios expuestos a la radiación solar se alcancen en su interior temperaturas bastante más elevadas que la ya de por sí elevada temperatura exterior. Así pues, las estrategias bioclimáticas en condiciones de verano en climas continental templados se pueden agrupar en: Actuaciones directas de control de ganancias de radiación solar Actuaciones indirectas de refrigeración pasivo Figura 35. Esquema de estrategias para verano desde ecuación de balance 48 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.5.1 solar ESTRATEGIA: control de las ganancias de radiación Lo primero que deberíamos es minimizar la radiación solar sobre el edificio utilizando medidas preventivas y diseñar todos los elementos constructivos - cubierta, cerramiento, vidrios, color de las fachadas, etc. y pensando en sus implicaciones energéticas. Es más fácil impedir el sobrecalentamiento que intentar eliminarlo una vez dentro de edificio. Muchos de los principios y técnicas de calefacción solar pasiva son adaptables a un enfriamiento pasivo. El aislamiento que impide la pérdida de calor en el invierno también servirá para retrasar la ganancia de calor durante el verano. Persianas móviles aislantes para la contención de calor por la noche de invierno también se pueden utilizar para reducir las ganancias de calor del verano durante el día. Dentro de la casa, la masa térmica, tales como muros y pisos de mampostería, actúan como "esponjas de calor", absorbiendo el calor y la desaceleración de aumento de temperatura interna en los días calurosos, y pueden ser refrigerados por Figura 36. Reducción de temperatura de balance de refrigeración ventilación durante la noche (al principio y al final de la temporada de verano). La masa térmica, convenientemente situada cerca de una ventana, o cerca de ventilación, puede estar expuesta al aire frío de la noche para liberar el calor absorbida durante el día. Para conseguir una refrigeración óptima del verano, los alrededores de un edificio deben estar diseñados para reducir al mínimo la incidencia solar en las superficies externas, y para evitar el calor que rodea la zona con re-radiación y la reflexión. Mitigación del sol del verano y de los efectos indeseables de ganancias directas se logra mediante el uso de la vegetación, es decir, con planteamiento de los árboles de hoja caduca que interrumpen la trayectoria de la sol del verano, y cubiertas de tierra que impiden la reflexión del terreno. Estos sistemas de sombreado funcionan bien en verano con los sistemas pasivos de calefacción, como Muro Trombe o invernadero adosado. 4.5.1.1 Orientación y tamaño de los huecos acristalados Los huecos acristalados son los elementos más delicados del edificio en este sentido. Por ellos penetra una gran cantidad de energía, por tener un coeficiente de transmisión térmica mucho mayor que el del cerramiento y por que a través de ellos incide la radiación solar sin apenas obstáculos. La orientación de los huecos es fundamental para controlar la radiación incidente. La dificultad radica en que no se puede diseñar independientemente para invierno y verano, por lo que, dándole un enfoque global al problema, hay que encontrar una orientación y tamaño óptimas para invierno y verano. Así pues, la elección de la orientación de los huecos sería lo primero que habría que plantearse e, inmediatamente, la clase de vidrio a utilizar y las protecciones solares. Acristalamiento debe reducirse al mínimo en la cubierta y el este y el oeste, donde la luz del sol de verano es más intenso, porque la incidencia solar en verano es 3 veces mayor en el plano horizontal, que en las superficies verticales. 49 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.5.1.2 Color de los acabados El color de los acabados exteriores tiene mucha importancia en los climas donde la temperatura en verano es muy alta y hay riesgo de sobrecalentamiento de los superficies exteriores. El coeficiente de absorción varía dependiendo de tonalidad de color. Es recomendable utilizar los colores claros para acabados exteriores. Tabla 8. Coeficiente de absorción de varios colores (%) 4.5.1.3 Protección solar Teniendo en cuenta que la radiación solar en verano en el plano horizontal es 3 veces mayor que en el plano vertical, la protección solar y aislamiento son más necesarios en las cubiertas que en otras superficies de edificio. Respecto a la incidencia solar en las fachadas orientadas a este y oeste, la protección solar es, sin embargo, más eficaz en forma vertical, dado que el sol está debajo en el horizonte durante el amanecer y Figura 37. Protección solar con diseño de atardecer. La vegetación es quizás el modo protectores fijos más eficaz para protección solar de fachadas Este y Oeste, pero se tiene que ser cuidado con su colocación por si a caso si bloquean las brisas por la noche y sea obstrucción para ventilación natural. Las protecciones solares del hueco acristalado es el otro aspecto fundamental en lo que a medidas preventivas sobre el sobrecalentamiento se refiere. El problema es diseñar una protección solar que reduzca la radiación incidente sobre el hueco en verano, pero que permita la captación energética en invierno. Según los mecanismos que se utilicen para detener la radiación solar directa que llega a los espacios interiores habitables, los podemos clasificar en umbráculos y en elementos protectores de la piel de los edificios. Protectores de la piel se pueden clasificar en fijos o móviles. 4.5.1.3.1 Umbráculos Son sistemas que consisten de espacios sombreados interpuestos entre ambiente exterior y ambiente interior y funcionan como espacios intermedios. Las estructuras se crean con construcción ligera metálica o de madera, y a parte que crean sombra permiten la ventilación. Las pérgolas pueden incluir gran variedad de diseño y formas. El control de la radiación se hace con la geometría de la estructura, que se diseña teniendo en cuenta las trayectorias solares. Utilización de vegetación en las pérgolas puede proporcionar la sombra 50 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación según ciclos vegetales. La vegetación de hoja caduca permite pasar el sol de invierno y en cambio protege en verano del exceso de radiación. Otra forma a crear umbráculos es colocando paralelamente a la fachada las lamas, brise-soleils o celosías se crea espacio de sombra alrededor de edificio. Todos estos sistemas, que con sus estructura, posición y forma crean volúmenes adosados a edificio, y forman parte de arquitectura misma. Figura 38. Pérgola 4.5.1.3.2 Protección solar fijo Tienen la ventaja de que necesitan poco mantenimiento y, como no necesitan ser manipuladas, no existe la posibilidad de ser mal utilizadas. Por otro lado, exigen un diseño y un dimensionado riguroso para que arrojen sombra únicamente en verano. Los tipos de protección solar fijo son: - Voladizos, aleros, porches - Parasoles, lamas, celosías horizontales o verticales Forman parte de los recursos de la arquitectura popular para arrojar sombras frente al intenso sol del mediodía. Son elementos construidos fijos, muchas veces son extensiones de las cubiertas que se prologan, o son elementos a parte de los tejados y están situados en las partes altas de las fachadas. Normalmente son opacos y su dimensión depende del sol de que se quiere proteger.Los aleros y voladizos horizontales tienen más efecto en las fachadas norte y sur, sino en este o oeste, donde se utiliza mas la protección vertical, por el recorrido del sol. Una proyección horizontal o un alero encima de una ventana al sur es una solución económica y eficaz. La proyección del voladizo será adecuada si ventana tiene el 100% de sombra al mediodía del 21 de junio(Figura 39.). Si sobresale la mitad de altura total de ventana, de esa manera protegeré el hueco acristalado desde principios de mayo hasta mitad de mes agosto, y sin embargo permitir la entrada de sol en invierno. Figura 39. Alero y su proyección 51 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.5.1.3.3 Protecciones solares móviles Protección solar móvil se divide en : - Exteriores: persianas, contraventanas (con lamas fijas o móviles). - Interiores: Persianas venecianas, cortinas, etc. Los sistemas variables o móviles, como toldos, persianas basculantes, sistemas con lamas, etc., permiten una mayor flexibilidad y se adaptan mejor a los asimetrías estacionales. Estas protecciones tienen como principal virtud la versatilidad, es decir, se pueden cerrar cuando necesitemos protegernos y abrir cuando necesitemos captar radiación solar. La colocación más efectiva de todos tipos de protección de un hueco es exterior. Figura 40. Dispositivos ajustables exteriores En las protecciones horizontales conviene que se permitiera la ventilación de la fachada de tal manera que el aire caliente ascendente puede salir libremente y no provocar el sobrecalentamiento de fachada. Las persianas son elementos muy extendidos en la práctica de la arquitectura, en diferentes climas y culturas. Se puede encontrar una amplia variación de los tipos y diseños de las persianas. Normalmente son practicables y permiten orientación de sus elementos. Figura 41. Persianas verticales y contraventanas 52 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.5.1.3.4 Vegetación Elección de tipo de vegetación para el entorno de edificio es muy importante, no solo por razones estéticas, sino por también ser la barrera directa al asoleamiento, influyen en confort térmico y hacen barreras a los vientos. El crecimiento de arbolado, de tipo de hoja y caducidad son elementos que hay que tener en cuenta en plantación. Buena elección del tipo de arboles puede cambiar y afectar mucho las condiciones micro climáticas y tener buenos resultados. En climas templados, con inviernos fríos y veranos calurosos, es recomendable elegir los arboles de hoja caduca, que permiten la radiación solar cuando es frio y proporcionan la sombra cuando es caluroso. La forma de la copa del arbole, sus características de hojas y su tamaño deben ser considerados en la elección de la vegetación de sombra. La colocación de los arboles en los lados este y oeste es conveniente porque el sol pasa muy bajo por la mañana y al atardecer. Cuando el sol está en una posición baja, los rayos producen la sombra muy alargada que con forma eficaz protegen los lados de edificio. El sol de medio día produce la sombra corta, muy cerca de los árboles y conviene proporcionar las diferentes opciones de protección solar. Figura 42. Plantación o sucesión de los arboles en el entorno. Figura 43. Arboles de hoja caduca y perenne 53 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Resumen de estrategia ESTRATEGIAS VERANO CLIMA CONTINENTAL TEMPLADO ESTRATEGIA : CONTROL DE GANANCIAS Reducir las ganancias solares -sistema directo Acción Como? Donde , Que y Porque? Umbraculos espacios de sombreado interpuestos entre ambiente exterior y Todo el envolvente ambiente interior y funcionan como espacios intermedios Aspectos de urbanismo: - orientación de las calles - Evitar - vientos exceso de Sol dominantes en el interior - control adecuada de asoleamiento - obstáculos, arboles - Reducir las infiltraciones Protección solar Objetivo Factores influyentes - Interiores: Persianas venecianas, cortinas, estores. Protección móvil: - Exteriores: persianas, contraventanas (con lamas fijas o móviles). Protección fija: - forma del edificio - distribución de los espacios interiores - Bajar la temperatura interior - orientación y tamaño de los huecos Color de acabados - Evitar el Aspectos sobrecalenta arquitectónicos: miento La reducción de superficies de huecos Vegetación - Parasoles horizontales sobre el dintel y mixtos en -caja Lamas fijas, de desarrollo horizontal o vertical. - Voladizos y aleros en la fachada - Protección solar vertical Fachadas Este y Oeste - árboles de hoja caduca alrededor, que interrumpen la trayectoria del sol de verano Fachada Sur, Este y Oeste - árboles de hoja perenne, que protegen edificio de vientos fríos en invierno Fachada Norte Orientación de los ≤ 50% de superficie total huecos al Sur de fachada Disminuir el tamaño de los huecos en fachadas Este y Oeste y cubierta Cubierta, fachada Sur - Tener en cuenta que la incidencia solar es mayor 3 veces en el plano horizontal que en el plano vertical Utilización de los colores Colores de tonos claros apropiados para cada superficie Fachada Sur Cubierta, Fachada Este y Oeste Todas Fachadas, Cubierta Tabla 9. Resumen de estrategia de control de ganancias 54 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.5.2 ESTRATEGIA : refrigeración pasiva Mediante el empleo de técnicas de enfriamiento pasivo en los edificios modernos, se puede eliminar la refrigeración mecánica o al menos reducir el tamaño y costo de los equipos. Refrigeración pasiva se basa en la interacción del edificio y sus alrededores. Antes de adoptar una estrategia de enfriamiento pasivo, es imprescindible hacer análisis de clima y microclima del sitio. Las sistemas de refrigeración pasiva elegidos a incluir en estrategia son seleccionados según clima, es decir, se han elegido las sistemas de ventilación natural que pueden tener aplicación en arquitectura regional. 4.5.2.1 Sistemas de ventilación natural La ventilación natural con sus tres funciones básicas sigue siendo uno de los aspectos más importantes en el diseño: mantener la calidad de aire, reemplazando el aire viciado por aire más limpio evitar el exceso de calor soportado por el cuerpo, refrigerándolo, por efecto de la velocidad del aire refrigeración del edificio mediante ventilación nocturna Ventilación en la que la renovación de aire se produce exclusivamente por la acción del viento o por la existencia de un gradiente de temperaturas entre el punto de entrada y el de salida. Prácticamente todos los edificios intercambian aire con el exterior, aun cuando sus aberturas se encuentren cerradas. Esto es porque sus componentes constructivos tienen numerosos poros y fisuras, en ocasiones microscópicos, que permiten que el aire pase a través de ellos y de lugar a lo que se conoce como infiltración, es decir, ventilación no controlada (y en ocasiones no deseada). Sin embargo conseguir una ventilación eficiente, además de un adecuado conocimiento de las condiciones climáticas del sitio, exige un estudio cuidadoso de la orientación, tamaño y ubicación de las aberturas. En otras palabras generar una abertura, incluso de gran tamaño, no garantiza que se tendrá una ventilación eficiente. Los sistemas de ventilación se caracterizan por el caudal de aire que hacen entrar o salir de un edificio, que renueva el aire interior y puede refrigerar a los ocupantes con el movimiento de aire que genera. Los sistemas de ventilación natural, o mejor dicho que generan el movimiento del aire, que se pueden aplicar en clima continental templado son : ventilación cruzada efecto chimenea aspiradores estáticos torres de viento Los sistemas de tratamiento de aire normalmente no se utilizan en estos regiones. 55 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.5.2.1.1 Ventilación cruzada Con la colocación de las aberturas en los lados opuestos de dos fachadas, se favorece el movimiento(el flujo) de aire de un espacio o de una sucesión de espacios, llamado ventilación cruzada. Lo más útil, en cualquier caso, orientar los en el sentido de un viento dominante de características favorables. Figura 44. La situación y distribución de aberturas determina el modelo de flujo de aire La presión positiva en la de barlovento y / o en el lado de sotavento de edificio hace que el movimiento del aire a través del cuarto (s) de barlovento a sotavento, siempre y cuando las ventanas a ambos lados de la sala están abiertas. El principio de la ventilación cruzada es, como todos los principios de ventilación natural, basada en la exigencia de garantizar un clima interior confortable y fresco. Esto se hace con un consumo mínimo de energía y de bajo coste. El flujo interior del aire depende de las aberturas: del tamaño de las mismas en la cara que enfrenta el viento y en la cara opuesta, de la localización y del diseño de los diferentes elementos en las aberturas, capaces de conducir el viento en el interior de la edificación. Figura 45.Movimiento de aire en la edificación.(a) y (b) el tamaño de abertura de entrada influye en la velocidad de aire en el interior. (c) y (d) el movimiento del aire es siempre por el camino que sea más fácil, donde existe una diferencia de presión. Es aconsejable para tipos de clima cálido - húmedo y para climas templadas a prever la ventilación cruzada, y diseñar los huecos considerando de manera cuidadoso la dirección de los vientos dominantes del sitio. Renovaciones de aire típicos para este sistema son 8-20 rh. 56 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.5.2.1.2 Efecto chimenea El aire caliente se eleva porque es más ligero que el aire frío. Cuando el aire caliente sube a la azotea de un edificio, un pequeño vacío se crea en el nivel inferior del edificio, que absorbe el aire ambiente fresco a través de ventanas abiertas a cerca de suelo - y por lo tanto se crea un flujo de aire natural. Debido a su naturaleza física, el efecto de chimenea requiere una diferencia de altura entre las ventanas que se utilizan para la entrada y salida de aire. Las ventanas en el techo se utilizan para dejar el aire "usado" fuera de interior, mientras que las ventanas en los niveles inferiores toman el aire fresco del ambiente en el edificio. Renovaciones de aire típicos para este sistema son 4-6 rh. Figura 46. Efecto chimenea 4.5.2.1.3 Aspiradores estáticos Uno de los sistemas que generan el movimiento de aire son aspiradores estáticos, que se colocan en las cubiertas, en partes inferiores de salida de aire, que esfuerzan la extracción de aire del ambiente interior. Funcionan en el principio de efecto Venturi. Aseguran la estanqueidad del conducto de la chimenea, evitando así la penetración de agua de lluvia en ésta. El funcionamiento del aspirador estático permite aprovechar las mínimas corrientes de aire para favorecer la aspiración, sin la utilización de ninguna otra fuente de energía. Existe una gran variedad de tipos de aspiradores estáticos, tanto por lo que respecta a su tamaño, que permite adaptarlos a muchas cubiertas, como por lo que respecta a las formas en las que se fabrican. Generan las renovaciones de aire más de 10 volúmenes por hora. Figura 47. Aspiradores estáticos 57 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.5.2.1.4 Torres de viento El principio de este sistema es recoger el viento más intenso, mediante un torre que se coloca en la altura suficiente del edificio y introducirlo en espacio interior. El aire se conduce hacia interior mediante conductos. En zonas donde la dirección del viento es constante, la abertura es única y está orientada hacia estadirección, mientras que en otros lugares donde existen diferentes direcciones predominantes se combinan diversas entradas de aire en la parte superior de la torre. Este sistema es muy útil para climas cálidos. t Figura 48. Torres de viento 4.5.2.2 Alta masa térmica Depende de la capacidad de los materiales en el edificio para absorber el calor durante el día. Cada noche la masa libera calor, dejándolo listo para absorber el calor de nuevo al día siguiente. Para ser eficaz, la masa térmica debe ser expuesta a los espacios de vida. La vivienda que se considera que tienen masa térmica media, es cuando la zona expuesta de masa es igual a la superficie del suelo. Grandes chimeneas de mampostería y paredes interiores de ladrillo son dos formas de incorporar la masa mayor. Los materiales ideales para constituir una buena masa térmica son aquellos que tienen: alto calor específico alta densidad baja (aunque no sea excesivamente baja) conductividad térmica Ejemplos de estos materiales son el adobe, tierra, hormigón, agua y piedra. Figura 49. Retardo térmico 58 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 4.5.2.3 Masa térmica con ventilación nocturna El término de enfriamiento convectivo nocturno implica que el edificio es ventilado solo durante las horas de la noche y permanece cerrado durante el día. De esta forma la masa estructural del interior del edificio (paredes divisorias) es enfriada por convección durante la noche y es capaz de absorber el calor que penetra en el edificio durante el día y por tanto se produce sólo una pequeña elevación de la temperatura interior. El edificio puede mantener las temperaturas interiores más bajas que la exterior cuando tiene suficiente masa térmica en su interior y resistencia térmica en su envoltura y si es protegido de la penetración de la radiación solar. Así la amplitud diaria de temperatura interior es muy pequeña en comparación con la del exterior. El potencial climático para bajar la temperatura interior con esta estrategia está en las zonas climáticas con gran amplitud de temperatura, 15-20°C, donde la temperatura máxima está por arriba de los 30°C y donde la temperatura mínima nocturna está por debajo de los 20°C. La inercia térmica beneficia en aquellos climas que no presentan humedad elevada, de manera que se logra un adecuado amortiguamiento y retraso en tiempo de las temperaturas máximas y mínimas en los espacios interiores. Figura 50. Funcionamiento de masa térmica en el día Figura 51. Funcionamiento de masa térmica en la noche 59 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Resumen de estrategia ESTRATEGIAS VERANO CLIMA CONTINENTAL TEMPLADO ESTRATEGIA : REFRIGERACION PASIVA Donde , Que y Porque? Sistemas generadores de movimiento de aire, método convectivo - orientación de las calles - vientos dominantes - obstrucciones Favorece el movimiento(el flujo) de aire de un espacio colocación de las aberturas en los Ventilación cruzada o de una sucesión de lados opuestos espacios de dos fachadas - forma del edificio, - orientación y tamaño de los - la capacidad térmica de los materiales en el edificio - Disipación de calor excesivo desde interior mediante Como? Aspectos de urbanismo: - Ventilar edificio sin sistemas mecánicos y sin energía artificial - Favorecer las renovaciones de aire - Bajar la Aspectos temperatura arquitectónicos: interior - lenta transferencia de calor en un edificio Acción Ventilación natural Enfriamiento pasivo sistema indirecto - prevención de sobrecalenta miento Factores influyentes Las ventanas en el techo dejan el aire "usado" , las Efecto chimenea ventanas en los niveles inferiores toman el aire fresco en el edificio. Esfuerzan la extracción de Aspiradores aire del ambiente interior estáticos La entrada de aire cerca de nivel de suelo y de la salida en la cubierta colocación en los partes inferiores de salida de aire Recogen el viento más torre se coloca intenso y favorecen la en la altura Torres de viento introducción del aire fresco suficiente del en interior edificio Sistema de Sistema de enfriamiento por enfriamiento por radiación nocturno radiación Objetivo Cubierta verde Alta inercia térmica Alta inercia térmica y ventilación nocturna La cubierta , todas fachadas y Cada noche la masa libera superficies calor, dejándolo listo para absorber el calor de nuevo Se logra un adecuado amortiguamiento de temperaturas máximas y mínimas en el interior La cubierta , todas fachadas y El edificio es ventilado solo superficies durante las horas de la noche y permanece cerrado durante el día Tabla 10. Resumen de estrategia de Refrigeración pasiva 60 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación CONCLUSION: COMPROBACION Y FUNCIONAMIENTO DE DISEÑO El objetivo de estrategias para disminuir la demanda de calefacción y refrigeración es principalmente, mantener las condiciones de confort térmico en espacio interior y prolongar el periodo en que no se necesita el empleo de sistemas activos de calefacción y refrigeración, que incluye otro aspecto fundamental, que es ahorro energético en edificación. El ahorro de energía mediante los sistemas pasivos se estima en cálculos y se comprueba en los datos de monitorización. No se pueden medir concretamente los datos de flujo y aporte energético en la misma como se pueden comprobar en las instalaciones activas, térmicas y fotovoltaicas. En sistemas pasivos se debe incluir gran porcentaje de participación del ocupante para su funcionamiento, que puede ser muy positivo si se aplican buenas prácticas en uso energético o en otro caso al contrario. Objetivo de estrategias de diseño para clima continental templado Figura 52. Esquema de objetivos de estrategias de diseño de invierno y verano 61 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Capítulo 5: Comprobación de diseño 5.1 Descripción de proyecto El estudio de estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético para clima continental templado ha servido para proporcionar mejor medidas para diseño sostenible en la ciudad de región de Serbia, concretamente Belgrado. Un aspecto adicional a este estudio es análisis de estándar PassivHaus, que está diseñado principalmente para la clima de Europa Central que tiene las mismas condiciones para invierno como Serbia, y por lo tanto, se ha tratado a sacar algunos principios que este estándar promueve y tratar a aplicarlo en clima serbio. Para comprobación de diseño y estrategias estudiadas, se ha elegido a estudiar el caso de bloque lineal de viviendas modulares en el tejido urbano de Novi Beograd (Belgrado Nuevo). Un bloque consiste de cuatro módulos, viviendas típicas de 70m2 , proporcionadas para una familia de 2 padres y un hijo. El edificio en conjunto tiene 3 bloques de 4 módulos, pero para análisis y cálculos se ha tomado solo un bloque en la esquina( Figura 53.), cuales módulos tienen diferentes condiciones de transmisión térmico, según su forma de agregación (he analizado el caso de vivienda con condiciones menos favorables en la planta primera, en la esquina, y el caso de vivienda con condiciones más favorables, en la planta baja, entre medianeras.) Todos los módulos tienen el mismo volumen para mejor comparación entre sus demandas energéticas. Después de obtener esas demandas, la propuesta se compara con el edificio de referencia, que en este caso es el mismo edificio, pero construido según normativa actual en Serbia, es decir, se ha utilizado los valores vigentes de coeficientes de transmisión “U”. La comparación final será entre la demanda promedia de edificio de referencia y demanda promedia de 4 módulos de un bloque, que nos puede dar le porcentaje real de eficiencia energética de diseño de propuesta. Figura 53. Posición de módulos en un bloque 62 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.1.1 Estrategias y elementos aplicados La planta y forma del edificio deberían de ser un resultado de un proceso complejo, en el que se sintetizan los aspectos y prioridades funcionales, técnicos y estéticos, y con relación con su entorno y condiciones micro climáticas. La forma elegida es muy compacta, para disminuir la superficie expuesta a exterior, y tener una menor perdida de calor. Los bloques están orientados con el eje longitudinal Este – Oeste, en el solar sin muchas obstrucciones que ha permitido el planteamiento de la vegetación sin problema (los arboles de hoja caduca, que impide la radiación solar en verano y deja el sol de invierno). La entrada de cada bloque y a cada piso está colocada en el Norte, y consiste de un espacio cerrado con escaleras que funciona como espacio amortiguador y protector de los vientos fríos. Los espacios interiores de uso intermitente están colocados en el Norte (pasillo, baño, lavado, almacén) y los espacios que requieren calefacción continuada están orientados a Sur (Habitaciones, salón, comedor + cocina). Se ha prestado mucha atención en el diseño de envolvente de edificio y se ha aplicado la propuesta para mejoramiento de coeficientes de transmisión de cerramientos de normativas actuales, sacando los valores U de las casas pasivas de Alemania. El valor global de envolvente es 0,25 U (Wm²/°C), y los elementos críticos para balance energético, las ventanas, tienen un coeficiente de 0.92, que significa un mejoramiento significativo, porque la norma actual en Serbia exige solo 2.3 (Wm²/°C) para triple vidrio. Generalmente, se ha tratado a mejorar los coeficientes de todos los cerramientos y comparticiones interiores, especialmente de la cubierta y medianeras.(tabla 11.) La masa térmica está colocada en el interior y consiste de un muro de hormigón prefabricado de espesor 15 cm, y el aislamiento térmico esta en el lado exterior con un espesor de 20 cm. Los puentes térmicos reducidos mediante la aplicación adecuada de aislamiento, la transmitancia térmica lineal es reducida a valores por debajo de 0.01 W/mK (dimensiones exteriores). Los elementos de protección solar son muy importantes debido a la poderosa radiación que procede principalmente de los lados este-oeste El alero y terrazas son diseñados como protección solar fijo, para proporcionar sombra en verano y dejan entrar el sol de invierno en el interior. Tabla 11. Valores de coeficientes de transmisión de cerramientos de propuesta y edificio referente SRB / EDIFICIO REFERENTE U valores de PROPUESTA F1 F4 T1 C1 S1 S2 F2 C2 D1 Elemento MUROS EXTERIORES SISTEMA INDIRECTO/MURO INVERNADERO CUBIERTA VENTANA( CRISTAL + MARCO ) VENTANA( CRISTAL ) VENTANA( MARCO ) SUELO FORJADO MEDIANERA PUERTA DIVISIONES INTERIORES U GLOBAL DE LA PIEL U (Wm²/°C) 0,15 0,35 0,11 0,92 1,25 0,83 0,12 0,39 0,41 0,71 2,76 0,25 U (Wm²/°C) 0,65 0,35 0,45 2,30 0,60 1,35 1,85 2,90 2,76 0,92 63 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.1.1.1. Consideraciones sobre elementos aplicados de diseño solar pasivo de fachada sur CRi γi version 1 version 2.a verison 2.b version 3 Si Si Si Si (m²) (m²) (m²) (m²) Superficies captoras Sistema Fachada Sur directo 1,00 0,40 18,45 18,56 18,72 16,42 invernadero 1,00 0,22 4,78 2,97 7,08 8,55 0,073 0,067 Vh Svs 199,58 0,070 0,068 Tabla 12. Cuatro opciones de aplicación de sistemas pasivas y sus valores de S vs-superficie equivalente a ventana a sur Fachada sur se ha tratado como captador de energía principal, aplicando la estrategia de maximización de ganancias solares. Principalmente, se buscó la relación más favorable y mas optima entre sistemas directos huecos acristalados y sistemas indirectos. Las opciones de sistemas indirectos elegidos a considerar en diseño eran muro invernadero, muro Trombe y invernadero adosado, pero por los razones de mantenimiento más fácil, se excluyo el muro Trombe. El objetivo era encontrar la relación entre sistemas que proporciona mayores ganancias y no causa mayores pérdidas por transmisión. Se ha calculado la Svs, superficie equivalente a ventana Sur para cuatro opciones. La versión 2a tiene seguramente la solución más clara: muro invernadero pertenece solo a zona de estancia y las habitaciones tienen la misma superficie de ventanas, pero resultó que la superficie de sistema indirecto era insignificante. La versión 2b da el mejor resultado (0,073), pero esta solución causaría muchas pérdidas por transmisión por falta de aislamiento térmico en casi toda la fachada sur. Se ha elegido la versión 1, con la superficie de ventanas 18,6 m2, y superficie de muro invernadero 4,77m2, y con Svs 0,070 que presenta un valor promedio de todas cuatro opciones. Figura 54. Las cuatro opciones de diseño de fachada sur, buscando la solución optima. 64 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Tabla resumen de soluciones aplicadas en diseño de proyecto - propuesta EL DISEÑO DE EDIFICIO EMPLAZAMIENTO TIPOLOGÍA DISTRIBUCIÓN FORMA Y VOLUMEN ORIENTACIÓN EL INTERIOR VEGETACIÓN EL COLOR ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS ABERTURAS Y VENTANAS CERRAMIENTOS PROTECCIÓN SOLAR SISTEMAS CALEFACCION SOLAR PASIVO Las bloques de viviendas son situadas en poca altura, enfrentados a la dirección de los vientos dominantes. La tipología es bloque lineal Dos bloques lineales en el solar son posicionados en la manera que están separados para aprovechar el movimiento de aire , favoreciendo la ventilación cruzada y permitiendo la radiación solar sin obstrucciones. La forma de edificio es compacta, alargada por razones de disminuir la superficie expuesta a este y oeste y prever las mayores pérdidas. Más favorable, el edificio se encuentra en la eje Norte-Sur La distribución interior sigue los principios de colocar los espacios de vida en el sur y espacios intermitentes en el norte. Los árboles plantados no interfieran las brisas y proporcionan la sombra adecuadamente. Toda plantación es de hoja caduca. Los colores de la piel son los colores reflectantes que se encuentran en la gama de los tonos pastel son los más apropiados, ya que ayudan a evitar los resplandores tanto en el interior como en el exterior. El color de suelo en el interior, que se comporta como almacén de calor, es de color oscuro. Mayor superficie de aberturas son colocadas en la fachada sur como la superficie captadora de sistemas directos, y en la fachada norte existen solo aberturas necesarias para proporcionar ventilación cruzada en el interior de edificio. Las fachadas de este y oeste no tienen aberturas. Se ha tratado de que la superficie de acristalamiento en la fachada sur cabe dentro de 50% recomendados de relación opaco/hueco, y el porcentaje es 49%. Todo el acristalamiento es de triple vidrio de alta calidad, con el marco súper aislado y 2 con rotura de puentes térmicos. ( U = 0.92 Wm /ºC). Las paredes exteriores actúan como barreras térmicas y tienen mucha importancia. La masa térmica está colocada en el interior y consiste de un muro de hormigón prefabricado de espesor 15 cm, y el aislamiento térmico esta en el lado exterior con un espesor de 20 cm. Las partes opacas tienen 2 coeficiente de transmisión entre U=0.11-0.15 Wm /ºC. La cubierta está tratada con un espesor de aislamiento térmico de 25cm, y puede ser diseñada igual como cubierta ventilada, que ayudaría con refrigeración de las viviendas bajo cubierta. Los puentes térmicos reducidos mediante la aplicación adecuada de aislamiento, la transmitancia térmica lineal es reducida a valores por debajo de 0.01 W/mK (dimensiones exteriores). La edificación debería estar protegida del sol, de la lluvia, de la radiación celeste y del deslumbramiento. Los elementos de protección solar son muy importantes debido a la poderosa radiación que procede principalmente de los lados este-oeste. El alero y terrazas son diseñados como protección solar fijo, para proporcionar sombra en verano y dejan entrar sol de invierno en el interior. El aislamiento nocturno variable en los huecos a parte de su función de aislar por la noche, actúan como protección solar ajustable. De los sistemas directos tenemos superficie de ventana que actúa como captador 18,6m2 y muro invernadero de 4,77m2 para cada modulo de bloque. Tabla 13. Tabla resumen de las soluciones consideradas en diseño 65 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.1.1.2. Presentación grafica de proyecto Figura 55. Situación de bloque lineal, planta tipo y comportamiento bioclimático de un modulo en planta 66 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Figura 56. Comportamiento bioclimático de invierno en sección Figura 57. Comportamiento bioclimático de verano en sección 67 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.2 Cálculos y manejo de resultados Como antes mencionado, los cálculos de comportamiento energético de edificio, de balance y variabilidad, se hicieron para los meses representativos del año, para Enero y Julio, que nos ha dado el valor aproximativo de temperatura interior y su oscilación. El objetivo de trabajo era calcular la demanda energética de módulos, de calefacción y refrigeración, según su forma de agregación, como comprobación de las estrategias de diseño estudiadas, y encontrar el porcentaje de energía que no se puede cubrir con sistemas pasivos. En siguientes cálculos se propone igual la propuesta de sistemas activos, es decir, el sistema de calefacción complementario, como respuesta mejor a la demanda y en función de eficiencia energética. A parte de cálculos a mano, se hicieron simulaciones de programas Heliodon y Archisun para proporcionar las aproximaciones sobre energía recibida y energía necesaria primaria. 5.2.1 Invierno Para calculo se toma mes Enero como mes representativo. Belgrado /ciudad - Resumen de datos mensuales para Enero del 2009: Temperatura Máxima mensual: 16.7 ºC Temperatura Mínima mensual: -11.3 ºC Temperatura Mínima promedia mensual: -2.3 ºC Temperatura Media mensual: -0.2 ºC Precipitación Total mensual: 44.9 mm. Media de Velocidad del Viento mensual: 8.06 km/h Ráfagas Máximas de viento mensual: 0 km/h 5.2.1.1 Resultados Heliodon Programa Heliodon da los valores de energía aproximativos que reciben la fachada sur y cubierta para periodo de calefacción, tanto como y las horas de sol incidente en los mismos planos. Town: Latitude: Altitude: Number of days: Belgrado 44° 48' N 132 m (AMSL) 182/ 31 68 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Periodo de calefacción (182 días) Surface Area (mІ) Mean daylight (h) Min daylight (h) Max daylight (h) 5,08 1137.3 0.0 1780.8 5,08 1137.2 0.0 5,08 1112.6 5,08 212 Muro invernadero 1 Muro invernadero 2 Muro invernadero 3 Muro invernadero 4 Cubierta Object Propuesta Min local flux (kWh/mІ) Max local flux (kWh/mІ) Variability factor 1972.6 0.0 573.6 1000.00 1780.8 1972.5 0.0 573.6 1000.00 0.0 1780.5 1913.8 0.0 573.6 1000.00 1112.3 0.0 1780.5 1913.7 0.0 573.6 1000.00 1801.5 1801.5 1801.5 95702.8 451.5 451.5 1.00 Area (mІ) 235.1 Total energy (kWh) Total energy (kWh) 103475.4 Tabla 14. Los valores de energía recibida y horas de sol de sistemas indirectos y cubierta según simulación de Heliodon por periodo de calefacción Figura 58. Energía recibida por la cubierta y sistemas indirectos por periodo de calefacción Figura 59. Las horas de sol incidente a cubierta y sistemas indirectos por periodo de calefacción 69 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Los valores para el mes Enero que se considera en calculo como el mes representativo. Enero Surface Area (mІ) Muro invernadero 1 Muro invernadero 2 Muro invernadero 3 Muro invernadero 4 Cubierta Object Propuesta Mean dayligh t (h) Min dayligh t (h) Max dayligh t (h) 5,08 204.1 0.0 280.5 337.1 0.0 84.3 1000.00 5,08 204.1 0.0 280.5 337.1 0.0 84.3 1000.00 5,08 199.9 0.0 280.5 327.0 0.0 84.3 1000.00 5,08 199.9 0.0 280.5 327.0 0.0 84.3 1000.00 212.0 280.5 280.5 280.5 10842.0 51.2 51.2 1.00 Area (mІ) 235.1 Total energy (kWh) Min local flux (kWh/mІ) Max local flux (kWh/mІ) Variabilit y factor Total energy (kWh) 12170.1 Figura 60. Energía recibida por cubierta y sistemas indirectos en el mes Enero Figura 61. Las horas de sol incidente a cubierta y sistemas indirectos en el mes Enero 70 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.2.1.2 Balance y Variabilidad de Ti con energía adicional "D'a" Con el método estático, la temperatura de balance en invierno de un día tipo de Enero, representa el valor aproximativo de temperatura interior. La temperatura exterior que se toma en calculo, el promedio de temperatura mínima, que en caso de Belgrado es -2,3ºC, da la temperatura interior 9,56 ºC. En este cálculo he añadido la energía adicional (D'a) que necesitamos a subir la temperatura interior hasta 20ºC, que es la temperatura de confort de 3 1. MÉTODOyESTÁTICO BALANCEBELGRADO invierno, nos da- SITUACIÓN valor de DE5,54 W/mINVIERNO . Pero DIA las(ENERO) condiciones climáticas de Enero nos MODULO 3 que al menos 10 días en el mes la temperatura ENERGIA ADICIONAL muestran exterior es alrededor de -10ºC, y 3 1.A. lo TEMPERATURA MEDIA ese INTERIOR por tanto, poniendo dato(Ten i ) calculo, la energía D'a es 9,63 W/m . T confort = Ti + ∆Ti (I+D) Ti = Te + ──── G (I+D) D´a Ti + ∆Ti = [ Te + ──── ] + ── G G G D´a = ∆Ti x G → ∆Ti: diferencia de temperatura necesitaria para conseguir temperatura de confort, en ºC Ti : temperatura media interior para el mes considerado, en ºC Te: temperatura media exterior para el mes considerado, en ºC I: ganancia media por radiación solar, en W/m 3 D: aportes medios internos, en W/m³ G: coeficiente de intercambio térmico, en W/ºC m³ D´a : energia adicional necesaria para calefaccion activo , en W/ m³ Te I D G Ti Ti Confort ∆Ti D´a (ºC) -2,30 (W/m³) (W/m³) (W/ºC m³) (ºC) (ºC) (ºC) (W/m³) 3,70 2,60 0,53 9,56 20 10,44 5,54 -10,00 3,70 2,60 0,53 1,86 20 18,14 9,63 Superficie (m2) 71,28 Energia / dia= D´a x Vh x dia Vh (m3) Dias de calefaccion por año 190,17 Energia / dia= 25297,14 Wh 180 (16/24h) Energia / dia= 25,30 kWh Energia diaria / superficie E= 0,355 (kWh/m2) Por periodo de calefaccion E= 42,59 (kWh/m2) 120 Heating days * -2,3 ºC Energia / dia= D´a x Vh x dia Energia / dia= 43957,40 Wh * -10 ºC Energia / dia= 43,96 kWh Energia diaria / superficie E= 0,617 (kWh/m2) Por periodo de calefaccion E= 74,00 (kWh/m2) Figura 62. Tabla de temperatura de balance en invierno en día tipo de Enero 71 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Utilizando el método dinámico de variabilidad de temperatura interior, en un ciclo de día - noche de 16 horas, la oscilación de temperatura es 2,49ºC, considerando en calculo el aislamiento térmico nocturno de huecos acristalados y de muro invernadero. (I+D) δTi =( δTe + ──── (I'+D') - G δTe (ºC) 6,83 (-t.G'/M) ──── ) (1 - e ) G' (I+D)/G (ºC) 11,86 (-t.G'/M) (I'+D')/G' (ºC) 2,59 (1 - e ) 0,15 δTi (ºC) 2,49 Tabla 15. Oscilación de temperatura interior en ciclo día-noche de día tipo de enero δTi: oscilación de la temperatura interior, en ºC δTe: oscilación efectiva de la temperatura exterior, en ºC I: ganancia media por radiación solar, en W/m D: aportes medios internos, en W/m³ G: coeficiente de intercambio térmico, en W/ºC m³ 3 5.2.1.3 Demanda calorífica de 4 módulos de un bloque Qo CARGA TERMICA D'a Q0 Qv Qas Qd térmica) q El calorQtnecesaria ( carga era calculada para cada modulo considerando (W) (W) (W) (W) (W) (W/m 3) (W/m2) sus condiciones y posición. El cálculo según normativa actual en Serbia no considera las ganancias y aportes interiores, la demanda calorífica con la que se MODULOsolares 1 434,6 515 733,2 361,9 que 949,9significa que 5,00 13,8 dimensiona la instalación de sistema incluye solo perdidas por transmisión y por ventilación. MODULO 2 334,9 485 733,2 361,9 819,6 4,31 11,9 Otro aspecto muy importante es que la temperatura que se toma en calculo es -18ºC, para MODULO 3 637,2 Todo 629 733,2 361,9 1266a un sobredimensionado 6,66 18,3 región de Belgrado. esto direcciona de instalaciones y que conduce a sobreconsumo en edificación innecesario. El cálculo hecho en este estudio es MODULO 4 551,3 605 733,2 361,9 1156 6,08 16,7 modificado, es decir, a la normativa vigente se propusieron los cambios de tal manera que 1958 2234 2933 1447,7 4192 se cuentan todas las ganancias y se restan con pérdidas, que nos da la carga térmica real. En siguientes tablas se presentan los valores de carga térmica de cada modulo, y su Promedio/MODUL 489,5mostrando 558 733,2 la 361,9 15,2 promedio, primero carga1048 real necesaria5,51 dimensionada solo con perdidas y después la demanda calorífica incluyendo las ganancias, que nos servirá para dimensionado de sistema activo. Q Calor necesaria Potencia Q ( W ) CALOR NECESARIA QT (W) QV (W) Q (W) D'a q (W/m 3) (W/m2) MODULO 1 955 1090 2045,2 10,75 29,6 MODULO 2 822 1090 1911,4 10,05 27,7 MODULO 3 1209 1126 2335,0 12,28 33,8 MODULO 4 1136 1111 2246,7 11,81 32,5 4121 4417 8538,2 1030 1104 2134,6 11,22 30,9 Promedio/MODUL Tabla 16. Calor necesaria (potencia) de módulos ( W ) 72 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Qo Carga térmica Qo Qt (W) CARGA TERMICA Qv (W) Qas (W) D'a q (W/m 3) (W/m2) Q0 (W) Qd (W) MODULO 1 434,6 515 733,2 361,9 949,9 5,00 13,8 MODULO 2 334,9 485 733,2 361,9 819,6 4,31 11,9 MODULO 3 637,2 629 733,2 361,9 1266 6,66 18,3 MODULO 4 551,3 605 733,2 361,9 1156 6,08 16,7 1958 2234 2933 1447,7 4192 5,51 15,2 Promedio/MODUL 489,5 558 733,2 361,9 1048 Tabla 17. Carga térmica ( W ) de módulos La carga térmica promedia de modulo es 1048 W y un promedio de energía adicional Q CALOR NECESARIA de 5,51 W/m3. El menos favorable tiene carga de 1266 W, mientras el más favorable tiene 819,6 W. La energía adicional necesitamos para obtener la temperatura de confort es D'a QT QV que Q q 3 3 2 6,66 W/m3 para modulo(W) 3, que que nos dio (W/m el cálculo (W) es menos (W) ) (W/mde ) balance (9,63 W/m ).Un promedio de Da es 5,51 W/m3 y carga térmica q para un modulo es 15,2 W/m2.( El estándar MODULO 1 955 el 1090 29,6 PassivHaus requiere que valor2045,2 de carga térmica q10,75 no sobrepasa 10 W/m2)Podemos concluir que el valor obtenido en cálculo MODULO 2 822 1090 1911,4 es bastante bajo. 10,05 27,7 En el balance energético se obtiene la energía adicional para proporcionar los MODULO 3 La tabla 1209 1126 2335,0 12,28 33,8 sistemas activos. 18 muestra el balance energético de cada modulo en el bloque lineal.MODULO 4 1136 1111 2246,7 11,81 32,5 4121 4417 8538,2 Qd Balance 1030 1104 energético 2134,6 4 módulos de propuesta 2500 5 6 1156 4 1136 3 1266 2 820 950 1 822 955 500 1209 1000 750 Qas 362 1111 733 1126 362 733 1250 1090 1500 1090 1750 733 362 2000 30,9 Qo 362 2250 11,22 733 Promedio/MODUL W 7 8 250 Qd Qas Qo Qv Qt Qv Qt Ganancias internas Ganancias solares Energia adicional sistemas activos Perdidas por ventilacion Perdidias por transmision MODUL1 MODUL2 MODUL3 MODUL4 1; 2 3; 4 5; 6 7; 8 0 Modulo Tabla 18. Balance energético de 4 módulos Figura 63. Posición de modulo menos favorable El modulo 3 está ubicado en la menos favorable posición en el bloque, bajo cubierta y en la esquina del edificio, por la que tiene la mayor carga térmica. El modulo 2 tiene las condiciones más favorables en el bloque considerando que está ubicado entre medianeras y tiene expuestas solo fachadas sur y norte. 73 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.2.1.3.1. Demanda calorífica Demanda calorífica real calculada en kWh por m2 habitable, nos da valor promedio para un modulo 89,06 kWh/m2(a), mientras el modulo 3 tiene carga de 97,42 kWh/m2(a), y el modulo más favorable 79,74 kWh/m2(a). Las perdidas por transmisión varían entre módulos, y la diferencia más grande era casi 16 kWh/m2(a), mientras las perdidas por ventilación no varean mucho, en total diferencia de 1,5 kWh/m2(a). Las ganancias son las mismas para cada modulo de bloque. La energía adicional necesaria para sistemas activos es 32,33 (kWh/m3a) según demanda calorífica real. DEMANDA CALORIFICA Resultados de simulación de balance energético en el periodo de invierno 2 ( kWh/m a) Solar Demanda calorifica kWh/m a Internas Ganancias Balance de energía 85,33 79,74 97,42 93,73 30,6 30,6 30,6 30,6 Bloque lineal de 4 módulos 356,2 89,06 2 Promedio modul Transmisión Energía Ventilación Sistemas activos 2 Octubre-Marzo MODUL 1 MODUL 2 MODUL 3 MODUL 4 2 kWh/m a kWh/m a Periodo de calefacción Perdidas kWh/m a kWh/m a D'a 3 (kWh/m a) 15,10 15,10 15,10 15,10 39,86 34,28 50,43 47,38 45,46 45,46 46,99 46,35 30,97 28,95 35,36 34,02 122 60,4 171,95 184,27 129,31 30,6 15,10 42,99 46,07 32,33 2 2 Tabla 19. Demanda calorífica real de los módulos kWh/m2a Demanda calorífica y balance energético 100.00 Dc Qas Qd Qt 90.00 80.00 Dc 70.00 Qas 60.00 Qv Demanda calorofica Ganancias solares Ganancias internas Perdidas por transmision Perdidas por ventilacion Qd 50.00 Qt 40.00 Qv 30.00 20.00 10.00 0.00 1 2 Modulo 3 4 Tabla 20. Demanda calorífica y balance energético de 4 módulos 74 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.2.1.3.2. Carga térmica reducida La carga térmica reducida, es decir, calculada con las ganancias, nos da un valor promedio de un modulo de 43,72 kWh/m2(a),mientras el modulo 3 tiene 52,83 kWh/m2(a) y modulo 2 34,20 kWh/m2(a). La tabla presenta los valores de perdidas restadas por ganancias, que da valor de un promedio de perdidas por transmisión de 20,42 kWh/m2(a) y de perdidas por ventilación 23,30 kWh/m2(a). La energía adicional necesaria para sistemas activos es 15,87 (kWh/m3a) según carga térmica reducida. CARGA TERMICA Ganancias Sistemas activos 30,6 30,6 30,6 30,6 174,9 43,72 Medium / MODUL Tabla 21. Carga térmica reducida 2 Octubre-Marzo MODUL 1 MODUL 2 MODUL 3 MODUL 4 Bloque lineal de 4 módulos Transmisión Sistemas activos Ventilación 2 39,63 34,20 52,83 48,23 2 kWh/m a kWh/m a Periodo de calefacción Energía adicional Perdidas kWh/m a Internas Balance de energía Energía adicional Solar Resultados de simulación de balance energético en el periodo de invierno 2 ( kWh/m a) kWh/m a kWh/m a D'a 3 (kWh/m a) 15,10 15,10 15,10 15,10 18,13 13,97 26,58 23,00 21,50 20,22 26,24 25,23 14,39 12,41 19,18 17,51 122 60,4 81,69 93,19 63,48 30,6 15,10 20,42 23,30 15,87 2 kWh/m2a Demanda calorífica y balance energético 2 Dc Demanda calorifica D'a 90.00 Qas Energia adicional sistemas activos Ganancias solares 80.00 Qd Ganancias internas Qt Perdidas por transmision Perdidas por ventilacion 100.00 70.00 Dc Da Qas Qd Qt Qv 60.00 50.00 40.00 Qv 30.00 20.00 10.00 0.00 1 2 3 4 Modulo Tabla 22.Carga térmica y balance energético 75 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.2.1.3.3. Comparación de demanda energética promedia de un modulo con edificio de referencia Para realmente comprobar si el diseño, los elementos y estrategias aplicadas tienen resultado, es necesario comparar el edificio de propuesta con un edificio de referencia. En este estudio se ha tomado para edificio referente, el mismo edificio pero diseñado según la normativa vigente de aislamiento térmico y coeficientes de transmisión, que tiene un consumo energético promedio actual en Serbia de calefacción. Las perdidas por ventilación son las mismas para ambos objetos, 46,1 kWh/m2a . Las mayores pérdidas de energía provienen de transmisión, que en este caso es 139,9 kWh/m2a, y observando el edificio de propuesta, las mismas perdidas son bastante menos, 43,0 kWh/m2a. Eso significa que la aplicación de mejores coeficientes de transmisión "U" y la estrategia de control de perdidas tienen mayor importancia y han dado resultados de posible ahorro energético en demanda de calefacción. La comparación nos ha dado el porcentaje de efectividad de propuesta, que es del orden de 60%, es decir, la demanda energética de edificio de propuesta es solo 30 % de la demanda de edificio referente, que significa un mejoramiento de 3 veces. kWh/m2a Balance energetico Modulo de referencia & Modulo de propuesta 200.0 15.1 175.0 46.1 30.6 150.0 Qd Qas 125.0 Qo Qv 100.0 Qt 15.1 75.0 137.6 136.9 46.1 30.6 50.0 25.0 43.0 43.7 3 4 0.0 1 2 Refer-Modul / Bloque-Modul Tabla 23. Balance energético de módulos( de edificio de referencia y de propuesta ) Qd Ganancias internas Qas Ganancias solares Qo Qv Energia adicional -sistemas activos Perdidas por ventilacion Qt Perdidas por transmision Referencia Propuesta 1-perdidas, 2-ganancias 3-perdidas, 4-ganancias 76 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.2.1.4. Resultados Archisun La simulación de programa Archisun ha dado una aproximación de consumo anual de 43,10 kWh/m3/año, cual pertenece a calefacción 30,24 kWh/m3/año, considerando el volumen de 190 m3. El cálculo de carga térmica nos dio el resultado de D'a 15,87 kWh/m3/año( exactamente 180 días de calefacción). La temperatura interior de invierno esta según Archisun entre 4 - 9ºC, que coincide con el cálculo de balance térmico : 9,56ºC. La temperatura de sensación en el periodo de otoño y primavera esta dentro de confort. Belgrado Figura 64.El gráfico de temperatura para invierno 77 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.2.1.5 Propuesta de 3 sistemas activos de calefacción con su energía primaria Para cantidad de energía obtenida de cálculo de carga térmica para un modulo, que es 43,7 kWh/m2a (por año), se propone 3 soluciones de diferentes tipos de calefacción: A. Calefacción por agua caliente , sistema centralizado, que se propone como calefacción convencional normalmente utilizado en Serbia, capacidad de 48,1 kWh/m2a (Teniendo en cuenta la energía (electricidad) para el funcionamiento del sistema, las bombas, etc.) B. Recuperación de aire, ventilación mecánica ( HRU ), μ = 0,65 , con dispositivo para cada modulo, capacidad de 15,3 kWh/m2a (Teniendo en cuenta la energía (electricidad) para el funcionamiento del sistema, ventilador, etc.) C. Recuperación de aire, ventilación mecánica ( HRU ) + bomba de calor, μ = 0,75 , sistema centralizado, con dispositivo en sotano. capacidad de 10,9 kWh/m2a (Teniendo en cuenta la energía (electricidad) para el funcionamiento del sistema, ventilador, etc. y fue considerada y el uso de ventilación geotérmica, para aprovechar el calor de tierra en invierno que es +3,0ºC) Si se calcula la unidad HRU central, si la utilización del calor de tierra, su capacidad será igual a las necesidades de los cuatro módulos y si adoptamos el valor promedio de la vivienda es: 4 x 15,3 kWh/m2a = 61,2 kWh/m2a para todo el bloque. Si utiliza la capacidad calorífica de la tierra, entonces la unidad central tendrá capacidad: 4 x 10,9 kWh/m2a = 43,6 kWh/m2a Esto son los valores anuales pero si se quiere determinar la capacidad para el consumo per hora, se utilizan estos valores: - El valor promedia de un modulo es 1.048 W - Para todo el bloque ( 4 módulos) 4.192 W (el calor necesaria ) - Si se calcula el HRU individual para un modulo su capacidad es 1,05kW, y si se considera el HRU central, su capacidad es 4,2kW. Los sistemas de recuperación de aire son aplicados de estándar PassivHaus en dos opciones - un dispositivo para cada modulo, con rendimiento promedio de 65% que da opción a ajustar la calefacción personalmente para su propio apartamento, y otra propuesta es la sistema centralizado para cuatro módulos, con un dispositivo de recuperación de aire de rendimiento de 75%, con los intercambiadores de calor de contraflujo y con los ventiladores muy eficientes (llamados CE-motores). En tabla 24. son presentados los consumos de cada propuesta de calefacción, con la energía primaria ( de entrada ) que necesitan para funcionamiento, que nos sirve para ver exactamente la efectividad de cada solución. Observando los valores de energía, claramente se ve que el sistema de calefacción convencional(A) exige más energía de todos los opciones, pero aun la solución significa bastante ahorro de energía comparando con el consumo actual. La opción B muestra que necesita más energía primaria que opción C, porque razonablemente el sistema centralizado siempre exige menos energía y significa menos consumo en total. Otro aspecto importante de este estudio era considerar la aplicación de sistema HRU en los condiciones climáticas y condiciones en edificación y mercado de Serbia. El resultado nos presenta un ahorro energético significante aplicando estos sistemas. En el mercado domestico es posible encontrar los dispositivos de grandes capacidades. Suministrar el 78 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación edificio con unidades separados para cada apartamento nos implica el importe de esos dispositivos desde extranjeros que también implica mas emisiones de CO2 por transporte. A Calefacción por agua caliente , sistema centralizado - calefacción convencional B Recuperación HRU μ = 0,65 Unidad cada modulo C Recuperación HRU + Bomba de calor μ = 0,75 Sistema central Energía primaria Energía adicional A B C Sistemas activos Sistemas activos Sistemas activos Sistemas activos Da 2 (kWh/m a) Da 2 (kWh/m a) Da 2 (kWh/m a) Da 2 (kWh/m a) MODUL 1 39,63 43,60 13,87 9,91 MODUL 2 34,20 37,62 11,97 8,55 MODUL 3 52,83 58,11 18,49 13,21 MODUL 4 Bloque lineal de 4 módulos Promedio/ MODUL 48,23 53,05 16,88 12,06 174,88 192,37 61,21 43,72 43,72 48,09 15,30 10,93 Tabla 24. Propuesta de sistemas activos y su consumo energético anual kWh/m2a 70.00 Da Demanda de sistemas activos con su energia primaria A 60.00 B C 50.00 Da A B C 40.00 30.00 Energia adicional sistemas activos Calefaccion por agua caliente + energia primaria HRU + energia primaria HRU + heat pump + energia primaria 20.00 10.00 0.00 1 2 Modul 3 4 Tabla 25- Demanda anual de sistemas activos con energía primaria incluida 79 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.2.1.5.2 Comparación de demanda energética de propuestas de sistemas activos con demanda de edificio de referencia El consumo de edificio de referencia muestra en valor de 144,5 kWh/m2(a),que cabe dentro de los datos de consumo promedio actual en Serbia (120-150 kWh/m2(a)). Podemos concluir que solo aplicando las estrategias de diseño solar pasivo y adoptando desde estándar PassivHaus los valores de coeficientes de transmisión de cerramientos, se puede bajar el consumo de calefacción, que muestra la opción de propuesta A. La aplicación además de ventilación mecánica nos puede dar aun mas significante el ahorro energético, o sea, la propuesta C significa el ahorro de 14 veces comparando con edificio de referencia. kWh/m2a Demanda calorifica y sistema activo Modulo referente y propuesta 175 144.5 150 137.6 125 Qac 100 Qad 75 48.1 43.7 50 43.7 43.7 25 15.3 10.9 0 1 2 3 4 Refer-Modul / Block-Modul Tabla 26. Demanda calorífica y sistemas activos de modulo referente y propuesta Qac Demanda calorífica Qad Energía adicional sistemas activos 1 2 Modulo de referencia - Carga térmica y calefacción convencional Modulo propuesta A 3 Modulo propuesta B 4 Modulo propuesta C 80 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.2.2 Verano En calculo se toma el mes de Julio como representativo. Belgrado /ciudad Resumen de datos mensuales para Julio del 2009: Temperatura Máxima mensual: 36.2 ºC Temperatura promedia Máxima mensual: 27.6 ºC Temperatura Mínima mensual: 14.4 ºC Temperatura Media mensual: 23.9 ºC Precipitación Total mensual: 60.9 mm. Media de Velocidad del Viento mensual: 7.07 km/h Ráfagas Máximas de viento mensual: 0 km/h 5.2.2.1. Resultados Heliodon Programa Heliodon da los valores de energía aproximativos que reciben la fachada sur y cubierta para periodo de refrigeración, tanto como y las horas de sol incidente en los mismos planos. La simulación es hecha para mes Julio. Surface Muro invernadero 1 Muro invernadero 2 Muro invernadero 3 Muro invernadero 4 Cubierta Town: Latitude: Altitude: Number of days: Belgrado 44° 48' N 132 m (AMSL) 31 Area (mІ) Mean daylight (h) Min dayligh t (h) Max dayligh t (h) Total energy (kWh) Min local flux (kWh/ mІ) 5,08 0.0 0.0 0.3 0.0 0.0 0.0 1000.00 5,08 0.0 0.0 0.3 0.0 0.0 0.0 1000.00 5,08 0.3 0.0 6.0 0.0 0.0 0.2 1000.00 5,08 0.2 0.0 6.0 0.0 0.0 0.2 1000.00 212.0 Object Propuesta 431.0 431.0 431.0 Area (mІ) 235.1 46309.9 Max local flux (kWh/m І) Variabilit y factor 218.5 218.5 1.00 Total energy (kWh) 46309.9 Tabla 27. Valores de energía recibida y horas de sol por sistema indirecto y cubierta en el mes de Julio 81 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Figura 65. Energía solar recibida a los planos de fachada sur y cubierta Figura 66. Horas de sol incidente a la fachada sur y cubierta Desde los resultados de Heliodon vemos que la fachada sur no recibe energía de incidencia solar directa, y solo influye la radiación difusa. 82 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.2.2.2. Balance de Ti con energía adicional "Da" Con el método estático, la temperatura de balance en verano de un día tipo de Julio, representa el valor aproximativo de temperatura interior. La temperatura exterior que se toma en calculo, el promedio de temperatura máxima, que en caso de Belgrado es 27,6ºC, da la temperatura interior 30,03 ºC. En este cálculo he añadido la energía adicional (D'a) que necesitamos a bajar la temperatura interior hasta 24ºC, que es la temperatura de confort de verano, y nos da valor de 13,61 W/m3. Pero las temperaturas que ocurren en Julio, y otros meses de verano, son mucho más grandes, y suben hasta 38 grados fácilmente. Por lo tanto, el mismo calculo se ha hecho para temperatura de 33,0ºC, que se normalmente toma en calculo para proporcionar sistema de refrigeración, y ha dado el resultado de 25,82 W/m3. T confort = Ti + ∆Ti (I+D) Ti = Te + ──── G (I+D) D´a Ti + ∆Ti = [ Te + ──── ] + ── G G G D´a = ∆Ti x G → ∆Ti: diferencia de temperatura necesitaria para conseguir temperatura de confort, en ºC Ti : temperatura media interior para el mes considerado, en ºC Te: temperatura media exterior para el mes considerado, en ºC I: ganancia media por radiación solar, en W/m 3 D: aportes medios internos, en W/m³ G: coeficiente de intercambio térmico, en W/ºC m³ D´a : energia adicional necesaria para refrigeracion activa , en W/ m³ Ti Ti Confort (W/ºC m³) (ºC) 2,26 30,03 2,26 35,43 Te I D G (ºC) 27,60 (W/m³) (W/m³) 3,27 2,21 33,00 3,27 2,21 Superficie (m2) 71,28 Vh (m3) Dias de refrigeracion 190,17 Dias para calculo 150 ∆Ti D´a (ºC) (ºC) (W/m³) 24 6,03 13,61 24 11,43 25,82 Energia / dia= D´a x Vh x dia Energia / dia= 62137,09 Wh (12/24h) Energia / dia= 62,14 kWh Energia diaria / superficie E= 0,872 (kWh/m2) refrigeracion/año E= 65,38 (kWh/m2) 75 Energia / dia= 117825,63 Wh Energia / dia= 117,83 kWh Energia diaria / superficie E= 1,653 (kWh/m2) refrigeracion/año E= 123,97 (kWh/m2) Tabla 28. Tabla de temperatura de balance en verano en día tipo de Julio y energía adicional para sistemas de acondicionamiento activo 83 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.2.2.3. Resultados Archisun La temperatura interior de sensación es según Archisun 25,42ºC y de cálculo de balance térmico de verano es 30,3ºC, considerando la temperatura promedia máxima de mes julio que es 27,6ºC. Figura 67. El movimiento de temperaturas en verano según Archisun 5.2.2.4 Demanda frigorífica de módulos de un bloque La energía necesaria (carga frigorífica) era calculada para cada modulo considerando sus condiciones y posición. El cálculo según normativa actual en Serbia incluye todas las ganancias procedentes de sol, aportes interiores, transmisión y ventilación. La temperatura exterior tomada en calculo era +33,0ºC, mientras en calculo de balance se ha hecho con dos diferentes valores, 27,6ºC, que es la máxima promedia de mes Julio, y con 33,0ºC. En siguientes tablas se presentan los valores de carga frigorífica de cada modulo y su promedio. Con relación a demanda calorífica, que varía entre módulos y depende mucho de su forma de agregación en edificio, la demanda frigorífica no varía mucho - está alrededor de 2500 W( promedio de modulo es 2518 W). La demanda frigorífica respeto a m2 superficie habitable, es 43,77 kWh/m2a. La única diferencia notable es en pérdidas por transmisión entre módulos de bajo cubierta y en planta primera, cual sería mucho mayor si la cubierta estuviera menos aislada.(Tabla 31.) Q POTENCIA FRIGORIFICA NECESARIA Qt (W) Qv (W) Qas (W) MODULO 1 109,7 1233 772,2 419,4 2533,9 13,3 36,7 MODULO 2 95,1 1233 772,2 419,4 2519,2 13,2 36,5 MODULO 3 141,2 1185 772,2 419,4 2518,2 13,2 36,5 MODULO 4 124,2 1185 772,2 419,4 2501,2 13,2 36,2 470,2 4836 3089 1677,7 10073 ∑ Promedio / MODUL 117,6 1209 772,2 Qd (W) 419,4 Q (W) 2518 D'a 3 (W/m ) 13,2 q (W/m2) 36,5 Tabla 29. Potencia frigorífica necesaria (W) 84 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Tabla 30.Demanda frigorífica de los módulos Demanda frigorífica Resultados de simulación de balance energético en el periodo de verano 2 Ganancias Periodo de refrigeración Sistemas activos Solar Mayo - Septiembre kWh/m a MODUL 1 44,05 13,4 MODUL 2 43,79 13,4 MODUL 3 43,78 MODUL 4 Bloque lineal de 4 módulos Ventilación Sistemas activos 2 Transmisión kWh/m a kWh/m a D'a 3 (kWh/m a) 7,29 1,91 21,43 15,99 7,29 1,65 21,43 15,90 13,4 7,29 2,45 20,61 15,89 43,48 13,4 7,29 2,16 20,61 15,78 175,1 53,7 29,2 8,17 84,06 63,56 43,77 13,4 7,29 2,04 21,02 15,89 Qv Ganancias por ventilacion Ganancias por transmision Ganancias Internas Ganancias solares 2 Promedio / MODUL Demanda frigorífica Ganancias kWh/m a Interno Demanda frigorífica 2 Balance de energía kWh/m a ( kWh/m a) 2 2 Tabla 31.Comparación de demandas frigoríficas de los módulos Demanda frigorifica de modulos kWh/m2a 50.00 45.00 Qt 40.00 Qd Qas 35.00 Qv Qt Qd Qas 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 1 2 3 4 Modul 85 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5.2.2.5 Propuesta de 3 sistemas activos de refrigeración con su energía primaria Para valor promedio de energía obtenida de cálculo de carga frigorífica para un modulo, que es 43,77 kWh/m2a (por año) se propone 3 soluciones de diferentes tipos de refrigeración adicional: A. Refrigeración - Split sistema, convencional normalmente utilizado en Serbia, capacidad 17,51 kWh/m2a( la energía primaria incluida para funcionamiento de sistema) B. Recuperación de aire, ventilación mecánica ( HRU ), μ = 0,10 , con dispositivo para cada modulo + Split sistema, capacidad 15,76 kWh/m2a( la energía primaria incluida) C. Recuperación de aire, ventilación mecánica ( HRU ) + bomba de calor / sistema de ventilación que aprovecha la energía geotérmica , μ = 0,30 , capacidad 12,26 kWh/m2a por año, sistema centralizado, con dispositivo en sotano, (la energía primaria incluida para funcionamiento de sistema y ventiladores) Sistema central tendrá: 4 x 12,26 kWh/m2a = 49,04kWh/m2a Para definir la potencia de dispositivo de refrigeración se toma la energía necesaria de consumo por hora, que es 2518 W. Tabla 32. Propuesta de sistemas activos de refrigeración con su energía primaria (1kW electricidad / 2,5 kW de refrigeracion) μ = 0,10 Sistema individual A Split system, convencional B Recuperacion HRU + Split System C Recuperacion HRU + (Bomba de calor / geotermia) μ = 0,30 sistema central Energia primaria Energía adicional A B C Demanda frigorifica Sistemas activos Sistemas activos Sistemas activos Df 2 (kWh/m a) Df 2 (kWh/m a) Df 2 (kWh/m a) Df 2 (kWh/m a) MODUL 1 44,05 17,62 15,86 12,33 MODUL 2 43,79 17,52 15,77 12,26 MODUL 3 43,78 17,51 15,76 12,26 MODUL 4 43,48 17,39 15,65 12,17 Bloque lineal de 4 módulos Promedio / MODUL 175,10 70,04 63,04 49,03 43,77 17,51 15,76 12,26 86 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación kWh/m2a 50.00 Demanda frigorifica y sistemas activos 45.00 Df Demanda frigorifica 40.00 A B C Sistemas activos Sistemas activos Sistemas activos 35.00 30.00 Df A 25.00 B C 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 1 2 3 4 Modul Tabla 33. Demanda frigorífica y sistemas activos de refrigeración Desde tabla 32. se pueden ver las exigencias de energía para cada sistema propuesto y se concluye que claramente la opción C(12,26 kWh/m2a) sería mejor desde punto de vista de consumo energético, pero el sistema subterráneo de ventilación geotérmica significa un incremento de los costos de inversión principal y no es siempre posible instalarlo. La opción B(15,76 kWh/m2a) exige un poco más de energía que opción C, pero comparando con sistema A(17,51 kWh/m2a), no significa un gran ahorro. 87 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Consideraciones finales El ser humano, durante toda la historia en su búsqueda de protegerse, sea de lluvia, calor o frio, siempre ha actuado de manera de adaptarse a las condiciones climáticas, y por lo tanto, el producto final era un desarrollo de una arquitectura en armonía con entorno que le rodea. Respetando la naturaleza, sus principios de funcionamiento y sus preceptos, siempre se puede desarrollar una vivienda en acuerdo con el medio ambiente. El avance tecnológico y técnico en el mundo ha alejado el ser humano de la naturaleza, creando muchas veces un ambiente y arquitectura que vive en desarmonía con el medio ambiente. Esas actuaciones nos han llevado en el estado donde hemos olvidado a convivir con naturaleza y aprovechar las energías que nos rodean. Las sociedades más desarrolladas se han vuelto a camino de convivencia con naturaleza, al menos tratando a actuar en esa manera cambiando con el tiempo sus costumbres de consumo energético. Por desgracia, Serbia como país está con un desarrollo atrasado general comparando con las países Unión Europea, tal como económico y político, tanto en edificación. Las consecuencias de toda la situación en los Balcanes los últimos años, han producido una sociedad con mayor consumo, sin remedio, sin control y sin conciencia. La eficiencia energética casi no "existe" en los edificios. Otro problema significante es obsolescencia de las normativas y regulativas vigentes y finalmente ahora se están desarrollando nuevas estrategias y normativas de eficiencia energética en edificación. Determinando que el mayor consumo en hogares proviene de calefacción durante los periodos de frio, se ha encontrado el punto para empezar el estudio las soluciones de diseño para mejorar y disminuir el consumo actual, buscando siempre interferir con entorno lo mínimo posible para beneficiarse lo máximo posible. A partir de la análisis de los elementos del clima continental templado, las particularidades de los efectos microclimáticos y sus efectos en el ser humano, considerando las estrategias que promueve el estándar PassivHaus, fue posible seleccionar una serie de soluciones y estrategias de diseño ambiental que van al encuentro con las limitaciones impuestas por el medio ambiente y con su objetivo de disminuir las demandas energéticas en hogares, como de calefacción, tanto de refrigeración. Principalmente, determinando y seleccionando las estrategias de diseño solar pasivo y sistemas de calefacción y refrigeración pasivo que se pueden aplicar en el clima serbio, se trató de encontrar cuál es efectividad de esos sistemas y estrategias desarrolladas, y exactamente que parte de demanda energética ya disminuida pueden cubrir las ganancias gratuitas y que porcentaje queda para proporcionar los sistemas activos. Uno de los aportes innovadores consideradas en estudio era proporcionar unos cambios en el cálculo actual de carga térmica de calefacción y refrigeración, que se actualmente hacen y no incluyen en el cálculo final las ganancias solares y aportes interiores. Una de las consecuencia de normativa actual es sobredimensionado de los sistemas y instalaciones que resulta con mayor consumo después. Los cambios propuestos incluyen cambio te temperatura exterior de invierno( de - 18ºC a -10ºC )que se toma en calculo y consideración de las ganancias en balance energético final. El resultado obtenido de los cálculos mostró que solo aplicando las estrategias de diseño solar pasivo determinadas en estudio se puede bajar la demanda alrededor de 3 veces, comparando con el consumo actual. Analizando las demandas de cuatro módulos dentro de bloque, se 88 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación encuentra bastante diferencia del orden de 1,5 veces entre módulo 3, que es bajo cubierta en la esquina y modulo 2, que es entre medianeras en la planta baja. Podemos concluir que la demanda energética de calefacción depende mucho de la forma de agregación en el bloque. El siguiente parte de investigación era encontrar la propuesta de sistema activo más optimo y más favorable desde punto de vista energético. Comparando las soluciones propuestas, el sistema convencional por agua caliente y sistema de recuperación de calor HRU que es el requisito principal para casas PassivHaus, ha dado el resultado que todavía aplicando el sistema de radiadores puede dar un ahorro significante. Utilizando además el HRU( Heat Recovery Unit ) para resolver la demanda de calefacción, se consigue un ahorro significante de casi 15 veces comparando con consumo actual. Uno de los conclusiones que provienen de eso es que las casas PassivHaus no podrán funcionar, o mejor dicho, no podrían conseguir el requisito de no sobrepasar 15 kWh/m2(a)/año de calefacción y refrigeración. Aunque los resultados nos direccionan que la mejor solución sería la utilización de recuperación de calor para tener menor consumo, hay desventajas de ese sistema, como requieren mantenimiento especifico regular sin cual pueden afectar a calidad de aire y salud de los ocupantes. Analizando la demanda frigorífica de cuatro módulos de bloque, no se ha encontrado la diferencia significante, únicamente las perdidas por transmisión en los módulos bajo cubierta son por un porcentaje pequeño mayores comparando con los de planta baja. Se puede concluir que el buen grado de aislamiento térmico de cubierta ha proporcionado que la demanda de todos los módulos es parecida. Calculando la demanda de sistema activos de refrigeración, se encontró que solo aplicando el sistema convencional de aire-acondicionado (Split System) se consigue demanda de 17 kWh/m2a/anual se es bastante ahorro, determinando durante el estudio que el consumo de refrigeración es importante igual como de calefacción. Otro sistemas propuestas eran sistemas de ventilación mecánica con sistemas suplementarios como Split System y ventilación geotérmica, que dan resultados bastante razonables, pero sin una gran diferencia de utilización de sistema convencional. La conclusión será que la más optima medida para refrigerar el interior de vivienda es la medida pasiva de ventilación natural y tratando de utilizar el acondicionamiento activo solo cuando es realmente necesario. Todo este estudio es hecho con el fin de concluir que en cualquier espacio arquitectónico se puede actuar desde el inicio del diseño sobre los parámetros ambientales que resultará el edificio a fin de proporcionar al usuario las condiciones de confort y de ser un edificio enérgicamente eficiente y creado con respeto a su entorno y medio ambiente y con menos demanda para sistemas activos. Uno de los aspectos muy importantes en todo el desarrollo sostenible es participación de los usuarios y sin su colaboración todo el diseño y intención de bajar el consumo energético no tendría tanto efecto. 89 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Bibliografía KRISHAN, ARVIND BAKER, NICK YANNAS, SIMOS SZOKOLAY, S. V.,Climate responsive architecture: A Design Handbook for Energy Efficient Buildings/ GUILLERMO PARAREDA YAÑEZ ,Arquitectura solar e iluminación natural: conceptos, métodos y ejemplos , Octubre 2008. EDITORIAL GUSTAVO GILI,SL, 2003.,Un vitruvio ecologico, principios y practica del proyecto arquitectonico sostenible VICTOR OLGYAY ,Arquitectura y clima: Manuel de diseño bioclimatico para arquitectos y urbanistas(1973) GIVONI BARUCH ,Passive colling of buildings:an overview,Miami,1980.,GIVONI BARUCH KRAPMEIER, DRÖSSLER , Cepheus : wohnkomfort ohne heizung : living comfort without heating / [herausgeber und hauptautoren:] (edited by) ROBERT HASTINGS AND MARIA WALL ,Sustainable solar housing / Publicación London : Earthscan, 2007.( Vol. 1, Vol. 2) SERRA, R. Arquitectura y Climas. Editorial Gustavo Gili, Sl, Barcelona,1ª Edición 1999. SERRA, R; COCH, H. Arquitectura y Energía Natural. Ediciones UPC,Barcelona, 1ª Edición 1995. SERRA, R. Clima, Arquitectura y Lugar: Manual del Diseño bioclimático.Ministerio de Industria y Energía, Madrid 1989. Normativas consultadas Serbia JUS U.J5.510 / 1987. JUS U.J5.600 / 1987. España CTE HE1_BOE/ 2006. 90 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Internet bibliografía ( Julio - Agosto 2010.) http:/www.cepis.opsoms.org http://www.seea.gov.rs/Serbian/Prezentacija1.htm http://www.passivehouse.com http://passivesolar.sustainablesources.com http://www.cepheus.de/eng/index.html http://en.wikipedia.org/wiki/Passive_house http://www.passivhaustagung.de/Passive_House_E/PassiveHouse_directory.html http://passipedia.passiv.de/passipedia_en/basics http://www.plataforma-pep.org http://www.passive-on.org/es/design_principles.php http://www.passivehouse.us http://www.gestor-energetico.com http://attra.ncat.org/attra-pub/solar-gh.html http://www.envirodevelopment.com.au http://www.msbg.umn.edu/download2_1.html http://www.cepis.ops-oms.org/arquitectura http://www.construmatica.com/construpedia http://oikos.com/esb/51/passivecooling.html http://www.arquinstal.com.ar/eficiencia/ure_esso http://www.hidmet.gov.rs/ciril/meteorologija/klimatologija.php http://www.eve.es/ext/climasol http://www.tutiempo.net/clima/BEOGRAD/132740.htm http://clima.meteored.com http://www.weatheronline.co.uk http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php# http://baza.serbianmeteo.com/ http://www.zdravlje.org.rs/ekoatlas/04a.htm http://www.zonaclima.com/climate/serbia-montenegro/fahrenheit/belgrade.htm http://www.buildup.eu/links http://www.passivhaus-vauban.de/passivhaus.en.html 91 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Anexos 1. Características físicas de recinto, Datos para Archisun: Forma y piel de edificio, U y Peso de superficies, Peso interior 2. Tabla de materiales ( CD Anexos - Archivo: Tabla de materiales.pdf ) 3. Presentación grafica de proyecto ( CD Anexos - Carpeta DWG PDF ) 4. Archisun reporte ( CD Anexos - Archivo: Archisun report.pdf ) 5. Balance y Variabilidad de Invierno ( CD Anexos - Archivos: Balance invierno.pdf y Variabilidad invierno.pdf ) 6. Calculo de demanda calorífica de modulo 3, en el CD -cálculo de los módulos y propuesta de 3 sistemas activos( CD Anexos - Archivo: Demanda calorifica.pdf ) 7. Balance de Verano( CD Anexos - Archivo: Balance verano.pdf ) 8. Calculo de demanda frigorífica de modulo 3, en el CD - cálculo de los módulos y propuesta de 3 sistemas activos( CD Anexos - Archivo: Demanda frigorifica.pdf ) 92 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 1. Características físicas del recinto, Datos para Archisun: Forma y piel de edificio, U y Peso de superficies, Peso interior 93 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación DIMENSIONES DE LAS SUPERFICIES MODUL 3 Área Plano (m²) DIMENSIONES FÍSICAS DEL RECINTO Superficie neto(m2) 8,2 4,87 1,75 0,93 1,68 Zona Entrada-pasillo Baño Wc Almacen Lavado Habitacion doble Habitacion Altura (h) 2,6 2,5 2,5 2,6 2,6 Volumen (m3) 21,32 12,175 4,375 2,418 4,368 11,17 11,03 2,82 2,82 31,4994 31,1046 Salon/Comedor/Cocina 29,4 2,82 82,908 ∑ total 69,03 2,66 190,168 Superficie bruto 71,28 Suelo Cubierta N S E O 71,28 85,80 48,85 38,17 28,03 28,03 TOTAL 300,16 OPACOS Y TRANSPARENTES MODUL 3 Área Opaco Transparente Plano Total Practicable Fijo (m²) (m²) % (m²) % (m²) % (m²) % Suelo 71,28 71,28 100% 0 0% 0 0% 0 0% Cubierta 85,80 85,80 100% 0,00 0% 0 0% 0 0% N 48,85 45,6 93% 3,25 7% 3,25 7% 0 0% S 38,17 14,80 39% 18,60 49% 7,15 19% 11,45 30% E 28,03 28,03 100% 0 0% 0 0% 0 0% O 28,03 28,03 100% 0 0% 0 0% 0 0% 300,16 273,54 91% 21,85 7% 10,4 TOTAL 11,45 DIMENSIONES DE LAS SUPERFICIES MODUL 2 Área Plano (m²) Suelo Techo N S E 71,28 71,28 36,04 33,40 23,56 O 23,56 TOTAL 259,12 94 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación OPACOS Y TRANSPARENTES MODUL 2 Área Opaco Transparente Plano Total Practicable Fijo (m²) (m²) % (m²) % (m²) % (m²) % Suelo 71,28 71,28 100% 0 0% 0 0% 0 0% Techo 71,28 71,28 100% 0,00 0% 0 0% 0 0% N 36,04 32,8 91% 3,25 9% 3,25 9% 0 0% S 33,40 14,80 44% 18,60 56% 7,15 21% 11,45 34% E 23,56 28,03 119% 0 0% 0 0% 0 0% O 23,56 28,03 119% 0 0% 0 0% 0 0% 259,12 246,206 95% 21,85 8% 10,4 TOTAL 11,45 FORMA Índice Compacidad Porosidad Fórmula / Cálculo C= Seq (sup. equivalente) / Sglobal C= 159,18 / 300,16 P= Vep (vol. eq. de pátios) / Vt (vol. total edifício) Resultado 0,53 0 (zero) P= 0 / 403 Alargamiento A= c (lado corto en planta) / l (lado largo en planta) 0,66 A= 7,5 / 11,4 E= h (altura del edifício) / √[(So/ π + h²)] Esbeltez 0,64 E= 4,0 / √(365.2/ 3.14 + 4,0²) PIEL Índice Adosamiento Asentamiento Fórmula / Cálculo Ad= Sad (sup. adosada) / Sglobal Ad= 28,03 / 300,16 As= Sas (sup. asentada) / Sglobal As= 71,28 / 300,16 Resultado 0,09 0,24 95 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación U y Peso global de las superficies ELEMENTO CONSTRUCTIVO COEFICIENTE DE TRANSMISIÓN DE CALOR U (W/m² ºC) Área PLANO MATERIAL Área sup. Espesor Trans. tér. Si St e U m² m² m W/m²°C 71,28 0,015 0,02 0,04 0,2 0 0,25 0 0,2 0,15 0,12 Si*U PESO POR SUPERFICIE (kg) Peso total Ki Peso Unitario Σ(Si*U)/St Kg Kg/m² 8,65 0,12 0 0 0,39 28,06 0,39 11.976 168,01 85,8 0,01 0,015 0,07 0,36 0,03 0,15 0,25 0 0,04 0,02 0 0,02 0,03 0,11 9,5 0,11 44.659,08 520,50 28,0 0,02 0,15 0 0,06 0 0,15 0,02 0,41 11,63 0,41 8795,814 313,8 28,0 0,04 0,02 0 0,2 0,01 0,15 0,02 0,15 4,2176 0,15 7862,415 280,5 SUELO S1 4_SUELO CON TERRENO baldosa de gres mortero de agarre mortero de nivelacion Bloque de hormigon prefabricado hilo de polietileno 71,28 Aislamiento PAROC FAS 3 lamina impermeabilizante solera hormigon armado capa de grava S2 4_FORJADO parquet de madera de roble mortero de agarre lana de roca 71,28 71,28 Bloque de hormigon prefabricado Mortero de cal CUBIERTA T1 0,02 0,04 0,1 0,15 0,02 5_CUBIERTA INCLINADA-krov Enlucido de yeso aislante Placa cartón-yeso 15mm (x2) Perfilería de aluminio Aire tablero de madera Bloque de hormigon prefabricado Aislamiento PAROC FAS 3 85,8 lamina impermeabilizante camara de aire no ventilada + enrastrelado tablero contrachapado membrana impermeabilizante tablero contrachapado tejado ESTE F2 1_PARED MEDIANERA Enlucido de yeso aislante Bloque de hormigon prefabricado hilo de polietileno Aislamiento PAROC FAS 3 28,03 hilo de polietileno Bloque de hormigon prefabricado Enlucido de yeso aislante OESTE F1 1_PARED EXTERIOR Paneles de madera camara de aire ventilada hilo de polietileno Aislamiento PAROC FAS 3 mortero adhesivo Bloque de hormigon prefabricado Enlucido de yeso aislante 28,03 96 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación NORTE F1 1_PARED EXTERIOR 26,70 0,04 0,02 0 0,2 0,01 0,15 0,02 0,15 4,017479 17,00 0,25 0,015 0,133 0,02 0,02 0 0,2 0,01 0,15 0,02 0,14 2,409242 3,25 0,093 0,004 0,012 0,004 0,012 0,036 0,92 2,99 1,91 0,01 0,13 0,71 1,36 14,80 0,04 0,02 0 0,2 0,01 0,15 0,02 0,15 2,227 4,77 0,012 0,133 0,28 0,015 0,35 1,653 18,60 0,093 0,004 0,012 0,004 0,012 0,036 0,9 17,112 Paneles de madera camara de aire ventilada hilo de polietileno Aislamiento PAROC FAS 3 mortero adhesivo Bloque de hormigon prefabricado Enlucido de yeso aislante F3 1_PARED ENTRADA NORTE Bloque de hormigon prefabricado Enlucido de yeso aislante Aire Enlucido de yeso aislante camara de aire ventilada hilo de polietileno 48,9 Aislamiento PAROC FAS 3 mortero adhesivo Bloque de hormigon prefabricado Enlucido de yeso aislante C1 15813,105 323,71 8061,66 211,20 2_CARPINTERIA madera de baja densidad, 10 cm-okvir panel vidrio gas panel vidrio gas panel vidrio C2 0,22 6_ PUERTA (entrada ) madera + perfileria de aluminio aislante de lana de vidrio SUR F1 1_PARED EXTERIOR SUR Paneles de madera camara de aire ventilada hilo de polietileno Aislamiento PAROC FAS 3 mortero adhesivo Bloque de hormigon prefabricado Enlucido de yeso aislante F4 1_(MURO INVERNADERO) vidrio 4-12-4 camara de aire Bloque de hormigon prefabricado masizo 38,2 Enlucido de yeso aislante C1 0,55 2_CARPINTERIA madera de baja densidad, 10 cm-okvir panel vidrio gas panel vidrio gas panel vidrio TOTAL Sglobal Σ(Si*U) Σ(Si*U)/Sg Σ(kg) Peso total/Sglobal Kg/m² 371,44 93,82 0,25 97167,59 261,60 97 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación Peso interior Elemento Cocina-elementos de madera Nevera Horno Microondas Mesa con 6 sillas Estanterias Armarios Cama doble Cama Lavadora Lavavajillas Estanterias almacen Sofa Sillas sofa (90 x 80) Escritorio (270 x 60) Silla escritorio (60 x 60) Inodoro (70 x 40) Bañera / Ducha 210 x 120) Lavabo con pie (diam. 60) Armario de baño (120 x 65) Cant. Peso/Ud (n) (Kg) Peso total (Kg) 1 1 1 1 1 2 3 1 1 1 1 1 1 3 1 1 2 1 2 1 150 50 15 10 45 20 150 35 20 99 80 40 25 15 50 7 20 50 50 10 TOTAL 150 50 15 10 45 40 450 35 20 99 80 40 25 45 50 7 40 50 100 10 1361 98 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 3. Presentación grafica de proyecto 99 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 5. Balance y Variabilidad de Invierno 100 Calculo de situacion de balance de invierno Dubravka Matic 1. MÉTODO ESTÁTICO - SITUACIÓN DE BALANCE- INVIERNO DIA (ENERO) MODULO 3 ENERGIA ADICIONAL 1.A. TEMPERATURA MEDIA INTERIOR (Ti) BELGRADO T confort = Ti + ∆Ti (I+D) Ti = Te + ──── G (I+D) D´a Ti + ∆Ti = [ Te + ──── ] + ── G G D´a = ∆Ti x G → ∆Ti: diferencia de temperatura necesitaria para conseguir temperatura de confort, en ºC Ti : temperatura media interior para el mes considerado, en ºC Te: temperatura media exterior para el mes considerado, en ºC I: ganancia media por radiación solar, en W/m 3 D: aportes medios internos, en W/m³ G: coeficiente de intercambio térmico, en W/ºC m³ D´a : energia adicional necesaria para calefaccion activo , en W/ m³ Te (ºC) -2,30 -10,00 I (W/m³) 3,70 3,70 Superficie (m2) Vh (m3) Dias de calefaccion por año Heating days * -2,3 ºC 71,28 190,17 180 120 D (W/m³) 2,60 2,60 G (W/ºC m³) 0,53 0,53 Ti (ºC) 9,56 1,86 Ti Confort (ºC) 20 20 ∆Ti (ºC) 10,44 18,14 D´a (W/m³) 5,54 9,63 Energia / dia= D´a x Vh x dia (16/24h) Energia diaria / superficie Por periodo de calefaccion Energia / dia= 25297,14 Wh Energia / dia= 25,30 kWh E= E= 0,355 42,59 (kWh/m2) (kWh/m2) Energia / dia= D´a x Vh x dia Energia / dia= 43957,40 Wh Energia / dia= 43,96 kWh * -10 ºC 6.9.2010 Energia diaria / superficie Por periodo de calefaccion E= E= 0,617 74,00 (kWh/m2) (kWh/m2) 1 Calculo de situacion de balance de invierno Dubravka Matic 1.B. GANANCIA MEDIA POR RADIACIÓN SOLAR (I) I = Svs Rv I: ganancia media por radiación solar, en W/m 3 Svs: superficie equivalente de ventana a Sur, en m²/m³ Rv: radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m² Svs (m²/m³) 0,04 Rv (W/m²) 82,92 I (W/m³) 3,70 Σ (Si γi CRi) Svs = ────────── Vh S i: superficies captoras, en m² γ i: coeficiente de captación - para sistemas directos vale de 0,4 a 0,7 - para sistemas indirectos γi = a re/ (re + ri) a = coeficiente de absorción r = resistencias al paso de calor CRi: coeficiente según la orientación y las obstrucciones Vh: volúmen habitable, em m³ Mes del año Enero Julio 6.9.2010 S 1 1 CRi típicos E/O N 0,4 0 1,8 0,6 Cubierta 0,6 2,2 Superficies Sistema captoras Fachada S directo invernadero Si (m²) 18,60 4,77 γi 0,40 0,22 CRi 1,00 1,00 Si γi CRi (m²) 7,44 1,05 Fachada E Fachada O Fachada N Cubierta 28,03 28,03 48,85 85,80 0,00 0,00 0,00 0,00 0,40 0,40 0,00 0,60 0,00 0,00 0,00 0,00 Σ (Si γi CRi) Vh Svs 8,49 190,17 0,045 Svc directo 0,0391 Svc indirecto 0,0055 2 Calculo de situacion de balance de invierno Dubravka Matic 1.C. APORTE MEDIOS INTERNOS (D) Σ (ni ei nhi) D = ─────────── Vh 24 D: ni: aportes medios internos, en W/m³ número de elementos que desprenden calor ei: energía que desprende cada elemento, en W nhi: número de horas diarias de funcionamiento Vh: volúmen habitable, en m³ Consumos dimensionados según hipotesis de consumo diario promedio de una familia con un hijo adolescente elemento Entrada - pasillo Iluminación acceso Cocina Cocina Horno Lavavajillas Nevera Congelador lamparas empotradas luminaria colgante microonda Baño, lavadora,WC lamparas empotradas luminaria colgante plancha Lavadora-1000class AAA caldera 80(L) Secador pelo Comedor & salon lamparas empotradas TV LCD Equipo Hi-Fi Luminaria de suelo luminaria colgante Habitacion doble lamparas empotradas TV LCD lamparas de mesa Habitacion lamparas de mesa luminaria colgante Ordenador Personas ni ei (W) nhi (h) ni ei nhi (Wh) 5 20 0,15 15,00 1 1 1 1 1 4 1 1 5000 1200 2150 180 320 20 100 800 0,3 0,15 0,8 1 0,3 2 2 0,15 1500,00 180,00 1720,00 180,00 96,00 160,00 200,00 120,00 5 2 1 1 1 1 30 40 1500 1800 1500 2000 1,5 2 0,3 0,3 1 0,2 225,00 160,00 450,00 540,00 1500,00 400,00 5 1 1 1 1 20 125 150 60 100 2 3 1 1 1 200,00 375,00 150,00 60,00 100,00 4 1 2 20 125 35 0,5 1 1 40,00 125,00 70,00 1 1 1 35 100 250 1 1 3 3 100 8 35,00 100,00 750,00 Σ 2400,00 235,00 885,00 Σ (ni ei nhi) Vh 24 D 6.9.2010 11851,00 4564,032 2,60 9451,00 3 3 Calculo de situacion de balance de invierno Dubravka Matic 1.D. COEFICIENTE DE INTERCAMBIO TÉRMICO (G) G = Gt + Gv G: coeficiente de intercambio térmico, en W/ºC m³ Gt: coeficiente de intercambio por transmisión, W/ºC m³ Gv: coeficiente de intercambio por ventilación, W/ºC m³ Gt (W/ºC m³) 0,33 Gv (W/ºC m³) 0,20 G (W/ºC m³) 0,53 Σ (Si Ki αi) Gt = ─────────── Vh Si: superficies de la piel, en m² Ki: coeficiente de transmisión del calor, em W/ºC m² αi: coeficiente de situación de la superficie Vh: volúmen habitable, en m³ Mes del año Sur Enero Julio Elemento E/O 0,9 1 Tipo Fachada S F1 opaco C1 Transparente F4 Invernadero Fachada E local Fachada O F1 Opaco Fachada N F1 opaco F3 opaco Puerta_? C1 Transparente Cubierta T1 Cubierta Suelo S2 Forjado Locales F2 Opaco Norte 1 1,1 αi típicos Patio Cubierta Suelo Locales 1,1 0,8 1,2 0,4 0,5 0,8 0,9 1,2 0 0,6 Si ( m²) 14,80 18,60 4,77 Ki (W/ºC m²) 0,15 0,92 0,35 αi 0,9 0,9 0,9 Si Ki αi (W/ºC) 2,00 15,40 1,49 28,03 0,15 1,00 4,22 26,80 17,00 1,80 3,25 85,80 71,28 28,03 300,16 0,15 0,14 0,71 0,92 0,11 0,39 0,41 1,10 1,10 1,10 1,10 1,20 0,40 0,50 4,44 2,65 1,41 3,29 11,39 11,23 5,81 Σ(Si Ki αi) Vh Gt 63,32 190,17 0,33 Gv = 0,33 rh rh: volúmen horario de intercambio de aire en m³/(m³ h) 6.9.2010 Mes del año Enero Julio rh típicos 0,25 a 2,5 6 a 12 rh Gv 0,6 0,198 4 Dubravka Matic Calculo de variabilidad invierno 2. MÉTODO DINÁMICO -SITUACIÓN DE VARIABILIDAD- INVIERNO DIA-NOCHE (ENERO) MODULO 3 BELGRADO 2.A. OSCILACIÓN DE LA TEMPERATURA INTERIOR (δT i) (I+D) δTi =( δTe + ──── G δTe (ºC) 6.83 (I'+D') - ──── ) (1 - e(-t.G'/M)) G' (I+D)/G (ºC) 11.86 (I'+D')/G' (ºC) 2.59 δTi: oscilación de la temperatura interior, en ºC δTe: oscilación efectiva de la temperatura exterior, en ºC (1 - e(-t.G'/M)) 0.15 δTi (ºC) 2.49 I: ganancia media por radiación solar, en W/m3 D: aportes medios internos, en W/m³ G:D', G': coeficiente I', valoresde deintercambio térmico, en W/ºC m³ estos parámetros enla (durante noche o en días t: tiempo que dura la variación, en segundos tiempo de la variación (t) (h) (s) 16 57600 M: masa térmica unitaria, en J/(ºC m³) 2.B. OSCILACIÓN EFECTIVA DE LA TEMPERATURA EXTERIOR (δT e) (Tmáx - Tmín) δTe = ──────── ___ _ 4 Tmáx Tmín δTe (ºC) 16 (ºC) -11.3 (ºC) 6.83 2.C. CÁLCULO DE I, D, G** **adoptar los valores obtenidos en el cálculo de balance 3 I: ganancia media por radiación solar, en W/m ⁰ D: aportes medios internos, en W/m³ G: coeficiente de intercambio térmico, en W/ C m³ I (W/m³) 3.70 D (W/m³) 2.60 G (W/ºC m³) 0.53 (I+D)/G (ºC) 11.86 2.D. CÁLCULO DE I', D', G' I', D', G': valores de estos parámetros en el período de la variación (durante la noche o en días extremados) I'=(I total - I directa)*0.8 I' superficie sistema de captación (W/m³) (m2) % indirecta 1 4.77 20.41 directa 0 18.60 79.59 otros casos media ponderada 0.80 I' 06/09/2010 directa Svc 0.039 Indirecta Svc Rv I directa total I indirecta total 0.01 82.92 3.24 0.46 0.3660 1 Dubravka Matic Calculo de variabilidad invierno Σ (n'i e'i nh'i) D' = ──────────── Vh 24 D': aportes medios internos, en W/m³ n'i: número de elementos que desprenden calor e'i: energía que desprende cada elemento, en W nh'i: número de horas diarias de funcionamiento Vh: volúmen habitable, en m³ elemento Entrada - pasillo Iluminación acceso Cocina Cocina Horno Lavavajillas Nevera Congelador lamparas empotradas luminaria colgante microonda Baño, lavadora,WC lamparas empotradas luminaria colgante plancha Lavadora-1000class AAA caldera 80(L) Secador pelo Comedor & salon lamparas empotradas TV LCD Equipo Hi-Fi Proyector Luminaria de suelo luminaria colgante Habitacion doble lamparas empotradas TV LCD lamparas de mesa Habitacion lamparas de mesa luminaria colgante Equipo Hi-Fi Amplificador gitarra Ordenador Personas ni ei (W) nhi (h) ni ei nhi (Wh) 5 20 0.1 10.00 1 1 1 1 1 7 1 1 5700 2850 2150 180 320 20 100 800 0 0 0 0 0 0 0 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5 2 1 1 1 1 30 40 1500 2150 1500 2000 0 0.3 0 0 0 0 0.00 24.00 0.00 0.00 0.00 0.00 10 1 1 1 1 2 20 125 150 190 60 100 0 0 0 0 0 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 4 1 2 20 125 35 0 1 1 0.00 125.00 70.00 1 1 1 1 1 35 100 150 150 250 2 1 0 0 0 3 100 12 70.00 100.00 0.00 0.00 0.00 Σ 3600.00 Σ (n'i e'i nh'i) V'h 24 D' 3999.00 4564.032 0.88 G' = G't + G'v G': coeficiente de intercambio térmico, en W/ºC m³ G't: coeficiente de intercambio por transmisión, W/ºC m³ G'v: coeficiente de intercambio por ventilación, W/ºC m³ G't (W/ºC m³) 0.28 G'v (W/ºC m³) 0.20 G' (W/ºC m³) 0.48 Σ (S'i K'i α'i) G't = ─────────── V'h 06/09/2010 2 Dubravka Matic Calculo de variabilidad invierno ⁰ S'i: superficies de la piel, en m² K'i: coeficiente de transmisión del calor, em W/ C m² α'i: coeficiente de situación de la superficie V'h: volúmen habitable, en m³ Mes del año Sur Enero Julio E/O 0.9 1 Elemento Fachada S Fachada E Fachada O Fachada N Cubierta Suelo Locales Tipo F1 opaco C1 Transparente F4 Invernadero local F1 Opaco F1 opaco F3 opaco Puerta_? C1 Transparente T1 Cubierta S2 Forjado F2 Opaco Norte 1 1.1 1.1 0.8 αi típicos Patio 0.8 0.9 Cubierta Si ( m²) 14.80 18.60 4.77 Ki (W/ºC m²) 0.15 0.48 0.18 αi 0.9 0.9 0.9 Si Ki αi (W/ºC) 2.00 8.07 0.77 28.03 26.80 17.00 1.80 3.25 85.80 71.28 28.03 300.16 0.15 0.15 0.14 0.71 0.48 0.11 0.39 0.41 1.00 1.10 1.10 1.10 1.10 1.20 0.40 0.50 4.22 4.44 2.65 1.41 1.72 11.39 11.23 5.81 Σ(S'i K'i α'i) V'h G't Suelo 1.2 1.2 Locales 0.4 0 0.5 0.6 53.71 190.17 0.28 G'v = 0,33 rh' rh: volúmen horario de intercambio de aire en m³/(m³ h) Mes del año Enero Julio rh' G'v 06/09/2010 rh típicos 0,25 a 2,5 6 a 12 0.6 0.198 3 Dubravka Matic Calculo de variabilidad invierno 2.E. CÁLCULO DE LA MASA TÉRMICA (M) Σ (Vi ρi cei Ct) M = ──────────── Vh M: Vi: ρi: cei: masa térmica unitaria, en J/(ºC m³) volúmen de los materiales interiores en m³ densidad, en kg/m³ calor específico, en J/(ºC Kg) Material materiales normales agua Ct: cei J/(ºC Kg) 840 4.186 factor de tiempo Ciclo Ct día-noche 0.6 secuencial 0.7 Vh: volúmen habitable, en m³ e (m) F1 0.44 0.01 mortero adhesivo 0.15 Bloque de hormigon prefabricado 0.02 Enlucido de yeso aislante F2 0.40 0 hilo de polietileno 0.15 Bloque de hormigon prefabricado 0.02 Enlucido de yeso aislante F3 0.82 0.01 mortero adhesivo 0.15 Bloque de hormigon 0.02 Enlucido de yeso aislante F4n 0.52 0.015 tablero de madera 0.08 poliestireno expandido 0.015 tablero de madera 0.012 vidrio 6+6 0.133 camara de aire 0.25 Bloque de hormigon prefabricado 0.015 Enlucido de yeso aislante S2 0.33 parquet de madera de roble 0.02 0.04 mortero de agarre T1 0.54 0.01 Enlucido de yeso aislante Placa cartón-yeso 15mm (x2) 0.015 0.07 Perfilería de aluminio 0.36 Aire 0.03 tablero de madera 0.15 Bloque de hormigon prefabricado Material area (m²) 63.42 63.42 63.42 63.42 23.56 23.56 23.56 23.56 17.00 17.00 17.00 17.00 4.77 4.77 4.77 4.77 4.77 4.77 4.77 0.00 71.28 71.28 71.28 85.80 85.8 85.8 85.8 85.8 85.8 85.8 Vi (m³) ρi (Kg/m³) cei (J/(ºC Kg)) Ct - (Vi ρi cei Ct) (J/ºC) 0.6342 9.5130 1.2684 9.4240 0.0000 3.5340 0.4712 13.9060 0.1700 2.5500 0.3400 2.4804 0.0716 0.3816 0.0716 0.0572 0.6344 1.1925 0.0000 23.5224 1.4256 2.8512 46.3320 0.8580 1.2870 6.0060 30.8880 2.5740 12.8700 840.00 900.00 600.00 840 960 840 268,494.91 4,931,539.20 383,564.16 0.00 900.00 600.00 1250 960 840 750.00 900.00 600.00 1050 960 840 290.00 33.00 290.00 2,500.00 0.00 900.00 600.00 920 1260 920 920 1050 960 840 850.00 750.00 2390 960 600.00 900.00 2,700.00 0.00 300.00 900.00 737.63 840 840 880 1050 920 1260 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 Σ(Vi ρi cei Ct) Vh M 31,350,567.20 190.17 164,857.22 0.00 1,832,025.60 142,490.88 80,325.00 1,321,920.00 102,816.00 11,453.72 9,520.16 11,453.72 78,991.20 0.00 618,192.00 0.00 1,737,663.84 1,231,718.40 259,459.20 583,783.20 8,562,153.60 0.00 426,254.40 8,756,748.00 1263.75 2.F. CÁLCULO DE (1 - e(-t.G'/M)) t (s) 57600 06/09/2010 G' (W/ºC m³) 0.48 M J/(ºC m³) 164,857.22 (-t *G')/M -0.17 1 - e((-t *G')/M) 0.15 4 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 6. Cálculo de demanda calorífica de modulo 3 101 Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Calculo de carga térmica de los módulos MODULO 1 (ENERO) BELGRADO Altura (h) Volumen Superficie neto DIMENSIONES FÍSICAS DEL RECINTO (m2) (m) (m3) Entrada-pasillo 8.2 2.6 21.32 Baño 4.87 2.5 12.175 Wc 1.75 2.5 4.375 Almacen 0.93 2.6 2.42 Lavado 1.68 2.6 4.37 Habitacion doble 11.17 2.82 31.50 Habitacion Salon/Comedor/Co cina 11.03 2.82 31.10 29.4 2.82 82.908 Zona M1.1 M1.2 M1.3 M1.4 M1.5 M1.6 M1.7 M1.8 ∑ total 69.03 Superficie bruto 71.28 2.66 190.17 Elemento Tipo Fachada N F1 opaco Fachada N C2 puerta entrada Fachada N F1 opaco (m) 8.2 L (m) 0.55 2.6 H (m) 4.2 1.20 4.2 Volumen (m3) Entrada-pasillo Altura M1.1 Superficie neto(m2) ` 21.32 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 2.31 0.15 1.91 0.71 3.13 0.15 αi Si Ki αi (W/oC) 1.1 0.382 1.1 1.497 1.1 0.518 Σ(Si Ki αi) Te (oC) -10.0 3.0 3.0 -9.9 3.09 3.09 Ticonf. (oC) 20 20 20 ∆Ti (oC) 29.9 16.9 16.9 ΣQi 2.40 Qi (W) 11.43 25.31 8.76 45.50 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.11 47.95 W Qt 45.50 Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 124.5301 W Qv 126.24 Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.31 Radiación solar I (W/m3) 172.1 W 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.03 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 06/09/2010 Ti (oC) Qa 171.74 Qas 0.00 Qd D'a 0.63 8.06 1 Elemento Tipo Fachada N F1 opaco 4.87 L (m) 1.80 (m) 2.5 H (m) 4.2 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Volumen (m3) Baño Altura M1.2 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta 12.18 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 7.56 0.15 αi Si Ki αi (W/oC) 1.1 1.251 Te (oC) Ti (oC) 3.0 24.05 Ticonf. (oC) 22 M1.4 Elemento Almacen Tipo Fachada N F1 opaco 06/09/2010 2.5 H (m) 4.2 2.6 H (m) 4.2 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a -2.56 -2.56 -4.94 -7.51 0.00 77.08 -0.62 ∆Ti (oC) Qi (W) 12.45 12.45 12.45 13.85 26.30 0.00 1.67 6.01 Volumen (m3) (m) Altura 4.375 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 (W/oC) (oC) (oC) (oC) (m2) (W/ Cm ) 4.70 0.15 1.1 0.779 3.0 4.01 20 Σ(Si Ki αi) 0.78 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.18 13.24 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 14.73 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.38 27.96 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.38 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 0.93 L (m) 0.60 -2.0 Qi (W) -2.56 16.0 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Volumen (m3) Fachada N F1 opaco 1.75 L (m) 1.12 (m) Tipo Altura Elemento Wc Superficie neto (m2) M1.3 Superficie neto (m2) Σ(Si Ki αi) 1.25 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.10 23.77 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 45.80 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.30 69.58 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 6.33 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 ∆Ti (oC) 2.418 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) 2.52 0.15 1.1 0.417 -10.0 -8.1 20 Σ(Si Ki αi) 0.42 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.17 12.51 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 14.36 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.37 26.88 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.69 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 ∆Ti (oC) 28.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 11.74 11.74 11.74 13.47 25.21 0.00 1.67 10.43 2 (m) (m) 31.50 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 -9.11 20 Fachada S F1 opaco 4.83 0.15 0.9 0.653 -10.0 -9.11 20 Σ(Si Ki αi) 4.79 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.15 143.61 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 187.11 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.35 330.71 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.31 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento Elemento Tipo Radiación Solar Fachada S Directo Fachada S Invernadero 11.17 L (m) 2.08 2.98 2.82 H (m) 2.4 3.3 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 4.99 1.88 Svs: Superficie equivalente de ventana a Sur, en m 2/m3 Rv: Radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m 2 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiación solar, en W/m 3 Yi 0.40 0.22 06/09/2010 Tipo L (m) 2.08 2.98 H (m) 2.4 3.3 17.5 17.5 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 6.38 12.34 18.72 18.72 15.14 33.86 0.00 24.17 7.75 ∆Ti (oC) 29.1 29.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 120.33 19.02 139.35 139.35 181.57 320.92 0.00 9.79 10.19 CRi Si Yi CRi (m2) 1.00 2.00 1.00 0.41 Σ(Si Yi CRi) Svs 2.41 0.077 Rv 82.92 I (W/m3) 6.35 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 9.03 20 Fachada S F1 opaco 4.83 0.15 0.9 0.653 -10.0 9.03 20 Σ(Si Ki αi) 4.79 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.15 143.61 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 187.11 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.35 330.71 W Radiación solar I (W/m3) 6.35 Aportes medios internos D (W/m3) 0.31 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento ∆Ti (oC) Volumen (m3) Habitacion doble 2.6 H (m) 0.6 4.2 Altura M1.6 Tipo Superficie neto (m2) 4.37 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) Fachada N C1 carpintería 0.36 0.92 1.1 0.364 -10.0 2.49 20 Fachada N F1 opaco 4.26 0.15 1.1 0.705 -10.0 2.49 20 Σ(Si Ki αi) 1.07 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.24 32.08 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 25.95 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.44 58.03 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 5.53 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento 1.68 L (m) 0.6 1.10 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Volumen (m3) Lavado Altura M1.5 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta ∆Ti (oC) 11.0 11.0 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 45.36 7.17 52.54 52.54 68.45 120.98 199.94 9.79 3.84 3 (m) 31.10 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 -6.55 20 Fachada S F1 opaco 2.86 0.15 0.9 0.387 -10.0 -6.55 20 Fachada S F4 opaco 1.88 0.35 0.9 0.588 -10.0 -6.55 20 Σ(Si Ki αi) 4.52 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.15 135.62 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 184.76 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.34 320.38 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 1.19 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento Elemento Tipo Radiación Solar Fachada S Directo Fachada S Invernadero 11.03 L (m) 2.08 2.95 0.79 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Volumen (m3) Habitacion Altura M1.7 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Si (m2) 4.99 1.88 Svs: Superficie equivalente de ventana a Sur, en m 2/m3 Rv: Radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m 2 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiación solar, en W/m 3 Yi 0.40 0.22 06/09/2010 Tipo L (m) 2.08 2.95 0.79 H (m) 2.4 3.3 2.4 26.5 26.5 26.5 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 109.73 10.28 15.60 120.01 120.01 163.50 283.50 0.00 36.88 9.11 CRi Si Yi CRi (m2) 1.00 2.00 1.00 0.41 Σ(Si Yi CRi) Svs Rv I (W/m3) 2.41 0.078 82.92 6.43 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 12.17 20 Fachada S F1 opaco 2.86 0.15 0.9 0.387 -10.0 12.17 20 Fachada S F4 opaco 1.88 0.35 0.9 0.588 -10.0 12.17 20 Σ(Si Ki αi) 4.52 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.15 135.62 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 184.76 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.34 320.38 W Radiación solar I (W/m3) 6.43 Aportes medios internos D (W/m3) 1.19 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento ∆Ti (oC) ∆Ti (oC) 7.8 7.8 7.8 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 32.34 3.03 4.60 35.37 35.37 48.19 83.57 199.94 36.88 2.69 4 (m) 82.91 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 8.52 0.92 0.9 7.055 -10.0 -3.94 20 Fachada S F1 opaco 4.21 0.15 0.9 0.570 -10.0 -3.94 20 Fachada S F4 opaco 2.78 0.35 0.9 0.868 -10.0 -3.94 20 Fachada E F1 opaco 24.42 0.15 1 3.674 -10.0 -3.94 20 Fachada N C1 carpintería 3.78 0.92 1.1 3.825 -10.0 -3.94 20 Fachada N F1 opaco 13.48 0.15 1.1 2.231 -10.0 -3.94 20 Σ(Si Ki αi) 18.22 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.22 546.72 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 492.47 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.42 1039.2 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 2.53 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento Elemento Tipo Radiación Solar Fachada S Directo Fachada S Invernadero 29.4 L (m) 3.55 4.70 1.16 6.60 3.15 4.11 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 3.7 1.2 4.2 L (m) 3.55 1.16 H (m) 2.4 2.4 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Volumen (m3) Salon/Comedor/C ocina Altura M1.8 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Si (m2) 8.52 2.78 Svs: Superficie equivalente de ventana a Sur, en m 2/m3 Rv: Radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m 2 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiación solar, en W/m 3 Yi 0.40 0.22 Tipo L (m) 3.55 4.70 1.16 6.60 3.15 4.11 H (m) 2.4 3.3 2.4 3.7 1.2 4.2 Σ(Si Yi CRi) Svs Rv I (W/m3) 4.02 0.048 82.92 4.02 Te (oC) Ti (oC) -10.0 -10.0 -10.0 -10.0 -10.0 -10.0 5.69 5.69 5.69 5.69 5.69 5.69 546.72 W 492.47 W 1039.2 W Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 06/09/2010 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 23.9 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 168.86 13.63 20.79 87.95 91.57 53.41 436.21 436.21 392.93 829.15 0.00 210.04 10.00 CRi Si Yi CRi (m2) 1.00 3.41 1.00 0.61 Si Ki αi Si Ki αi o 2 (W/oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 8.52 0.92 0.9 7.055 Fachada S F1 opaco 4.21 0.15 0.9 0.570 Fachada S F4 opaco 2.78 0.35 0.9 0.868 Fachada E F1 opaco 24.42 0.15 1 3.674 Fachada N C1 carpintería 3.78 0.92 1.1 3.825 Fachada N F1 opaco 13.48 0.15 1.1 2.231 Σ(Si Ki αi) 18.22 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.22 Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.42 Radiación solar I (W/m3) 4.02 Aportes medios internos D (W/m3) 2.53 Elemento ∆Ti (oC) Ticonf. (oC) 20 20 20 20 20 20 ∆Ti (oC) 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 100.97 8.15 12.43 52.59 54.75 31.94 260.83 260.83 234.95 495.78 333.36 210.04 5.98 5 Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico CARGA TERMICA REDUCIDA Volumen (m3) (m) 2.6 21.32 Qt (W) Qv (W) despejado Qt (W) Qv (W) Qas (W) Qd (W) Q0 (W) Q1 (W) M1.1 Entrada-pasillo 45.50 126.2 45.50 126.2 0 0.63 171.7 M1.2 Baño 4.87 2.5 12.175 -2.56 -4.94 -2.56 -4.94 0 77.1 -7.51 -7.51 M1.3 Wc 1.75 2.5 4.375 12.45 13.85 12.45 13.85 0 1.67 26.30 26.30 M1.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 11.74 13.47 11.74 13.47 0 1.67 25.21 25.21 M1.5 Lavado Habitacion doble 1.68 2.6 4.368 18.72 15.14 18.72 15.14 0 24.2 33.86 33.86 11.17 2.82 31.499 139.35 181.6 52.54 68.45 199.9 9.79 320.9 120.98 Habitacion Salon/Comedor/Co cina 11.03 2.82 31.105 120.01 163.5 35.37 48.19 199.9 36.9 283.5 83.57 29.4 2.82 82.908 829.15 392.9 260.83 235.0 333.4 829.1 495.78 ∑ total 69.03 2.66 190.17 1174.3 901.8 434.58 515.4 733.2 1683.2 949.94 Superficie bruto 71.28 M1.6 M1.7 M1.8 8.2 Altura Zona Superficie neto (m2) nublado 210 362 q0 (W/m2) 24.38 q1 (W/m2) qm (W/m2) 171.74 13.76 19.07 Volumen (m3) (m) Altura Superficie neto (m2) CALOR NECESARIA M1.1 Entrada-pasillo 2.6 21.32 47.95 124.5 0 M1.2 Baño 4.87 2.5 12.175 23.77 45.80 0 77.08 69.6 M1.3 Wc 1.75 2.5 4.375 13.24 14.73 0 1.67 28.0 M1.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 12.51 14.36 0 1.67 26.9 M1.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 32.08 25.95 0 24.17 58.0 M1.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 143.61 187.1 199.9 9.79 330.7 M1.7 Habitacion Salon/Comedor/Co cina 11.03 2.82 31.105 135.62 184.8 199.9 36.88 320.4 29.4 2.82 82.908 546.72 492.5 333.4 ∑ total 69.03 2.66 190.17 Superficie bruto 71.28 Zona M1.8 8.2 Qt (W) 955.5 Qv (W) 1090 Qas (W) Qd (W) 733.2 q0 (W/m2) Q (W) 0.63 172.5 210.04 361.9 1039 2045 29.63 MODULO 1 06/09/2010 6 Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico MODULO 2 (ENERO) BELGRADO (m2) Volumen (h) (m) (m3) M2.1 Entrada-pasillo M2.2 Baño 4.87 2.5 12.175 M2.3 Wc 1.75 2.5 4.375 M2.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 M2.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 M2.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.50 M2.7 Habitacion Salon/Comedor/Co cina 11.03 2.82 31.10 29.4 2.82 82.908 ∑ total 69.03 2.66 190.2 Superficie bruto 71.28 M2.8 8.2 Altura Zona Superficie neto DIMENSIONES FÍSICAS DEL RECINTO 2.6 21.32 (m) 21.32 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 (W/oC) (oC) (oC) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada N F1 opaco 2.31 0.15 1.1 0.382 -10.0 -9.89 20 Fachada N C2 puerta entrada 0 0.71 1.1 0.000 3.0 3.11 20 Fachada N F1 opaco 1.20 4.2 5.04 0.15 1.1 0.834 3.0 3.11 20 Σ(Si Ki αi) 1.22 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.06 24.33 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 124.5301 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.26 152.3 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.03 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento 06/09/2010 Tipo 8.2 L (m) 0.55 2.6 H (m) 4.2 Volumen (m3) Entrada-pasillo Altura M2.1 Superficie neto (m2) ` ∆Ti (oC) 29.9 16.9 16.9 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 11.43 0.00 14.09 25.51 25.51 126.16 151.67 0.00 0.63 7.11 7 Tipo Fachada N F1 opaco M2.4 Elemento Almacen Tipo Fachada N F1 opaco 06/09/2010 1.75 L (m) 1.12 Volumen (m3) (m) Altura 2.5 H (m) 4.2 2.6 H (m) 4.2 -2.0 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) -2.56 -2.56 -2.56 -4.94 -7.51 0.00 77.08 -0.62 Volumen (m3) (m) 4.375 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 (W/oC) (oC) (oC) (oC) (m2) (W/ Cm ) 4.70 0.15 1.1 0.779 3.0 4.01 20 Σ(Si Ki αi) 0.78 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.18 13.24 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 14.73 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.38 27.96 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.38 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 0.93 L (m) 0.60 ∆Ti (oC) ∆Ti (oC) 16.0 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 12.45 12.45 12.45 13.85 26.30 0.00 1.67 6.01 Volumen (m3) Elemento Wc 12.18 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) 7.56 0.15 1.1 1.251 3.0 24.05 22 Σ(Si Ki αi) 1.25 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.10 23.77 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 45.80 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.30 69.58 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 6.33 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Altura M2.3 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico 2.5 H (m) 4.2 (m) Fachada N F1 opaco 4.87 L (m) 1.80 Altura Tipo Superficie neto (m2) Elemento Baño Superficie neto (m2) M2.2 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta 2.418 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) (W/ Cm ) 2.52 0.15 1.1 0.417 -10.0 -8.1 20 Σ(Si Ki αi) 0.42 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.17 12.51 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 14.36 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.37 26.88 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.69 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 ∆Ti (oC) 28.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 11.74 11.74 11.74 13.47 25.21 0.00 1.67 10.43 8 1.68 L (m) 0.6 1.10 2.6 H (m) 0.6 4.2 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Volumen (m3) Lavado Altura (m) M2.5 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta (m) 31.50 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 (W/oC) (oC) (oC) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 -9.11 20 Fachada S F1 opaco 4.83 0.15 0.9 0.653 -10.0 -9.11 20 Σ(Si Ki αi) 4.79 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.15 143.61 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 187.11 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.35 330.71 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.31 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento Elemento Tipo Radiación Solar Fachada S Directo Fachada S Invernadero 11.17 L (m) 2.08 2.98 2.82 H (m) 2.4 3.3 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 4.99 1.88 Svs: Superficie equivalente de ventana a Sur, en m 2/m3 Rv: Radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m 2 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiación solar, en W/m 3 06/09/2010 Tipo L (m) 2.08 2.98 H (m) 2.4 3.3 17.5 17.5 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 6.38 12.34 18.72 18.72 15.14 33.86 0.00 24.17 7.75 ∆Ti (oC) 29.1 29.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 120.33 19.02 139.35 139.35 181.57 320.92 0.00 9.79 10.19 Yi CRi Si Yi CRi (m2) 0.40 1.00 2.00 0.22 1.00 0.41 Σ(Si Yi CRi) 2.41 Svs 0.077 Rv 82.92 I (W/m3) 6.35 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 (W/oC) (oC) (oC) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 9.03 20 Fachada S F1 opaco 4.83 0.15 0.9 0.653 -10.0 9.03 20 Σ(Si Ki αi) 4.79 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.15 143.61 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 187.11 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.35 330.71 W Radiación solar I (W/m3) 6.35 Aportes medios internos D (W/m3) 0.31 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento ∆Ti (oC) Volumen (m3) Habitacion doble Altura M2.6 Tipo Superficie neto (m2) 4.37 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada N C1 carpintería 0.36 0.92 1.1 0.364 -10.0 2.49 20 Fachada N F1 opaco 4.26 0.15 1.1 0.705 -10.0 2.49 20 Σ(Si Ki αi) 1.07 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.24 32.08 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 25.95 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.44 58.03 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 5.53 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento ∆Ti (oC) 11.0 11.0 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 45.36 7.17 52.54 52.54 68.45 120.98 199.94 9.79 3.84 9 (m) 31.10 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 -6.55 20 Fachada S F1 opaco 2.86 0.15 0.9 0.387 -10.0 -6.55 20 Fachada S F4 opaco 1.88 0.35 0.9 0.588 -10.0 -6.55 20 Σ(Si Ki αi) 4.52 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.15 135.62 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 184.76 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.34 320.38 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 1.19 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento Elemento Tipo Radiación Solar Fachada S Directo Fachada S Invernadero 11.03 L (m) 2.08 2.95 0.79 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Volumen (m3) Habitacion Altura M2.7 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Si (m2) 4.99 1.88 Svs: Superficie equivalente de ventana a Sur, en m 2/m3 Rv: Radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m 2 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiación solar, en W/m 3 06/09/2010 Tipo L (m) 2.08 2.95 0.79 H (m) 2.4 3.3 2.4 26.5 26.5 26.5 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 109.73 10.28 15.60 120.01 120.01 163.50 283.50 0.00 36.88 9.11 Yi CRi Si Yi CRi (m2) 0.40 1.00 2.00 0.22 1.00 0.41 Σ(Si Yi CRi) 2.41 Svs 0.078 Rv 82.92 I (W/m3) 6.43 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 (W/oC) (oC) (oC) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 12.17 20 Fachada S F1 opaco 2.86 0.15 0.9 0.387 -10.0 12.17 20 Fachada S F4 opaco 1.88 0.35 0.9 0.588 -10.0 12.17 20 Σ(Si Ki αi) 4.52 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.15 135.62 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 184.76 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.34 320.38 W Radiación solar I (W/m3) 6.43 Aportes medios internos D (W/m3) 1.19 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento ∆Ti (oC) ∆Ti (oC) 7.8 7.8 7.8 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 32.34 3.03 4.60 35.37 35.37 48.19 83.57 199.94 36.88 2.69 10 29.4 L (m) 3.55 4.70 1.16 3.15 4.11 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 1.2 4.2 L (m) 3.55 1.16 H (m) 2.4 2.4 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Volumen (m3) Salon/Comedor/C ocina Altura (m) M2.8 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta 82.91 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 8.52 0.92 0.9 7.055 -10.0 -3.22 20 Fachada S F1 opaco 4.21 0.15 0.9 0.570 -10.0 -3.22 20 Fachada S F4 opaco 2.78 0.35 0.9 0.868 -10.0 -3.22 20 Fachada N C1 carpintería 3.78 0.92 1.1 3.825 -10.0 -3.22 20 Fachada N F1 opaco 13.48 0.15 1.1 2.231 -10.0 -3.22 20 Σ(Si Ki αi) 14.55 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.18 436.48 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 492.47 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.37 928.96 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 2.53 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento Elemento Tipo Radiación Solar Fachada S Directo Fachada S Invernadero Si (m2) 8.52 2.78 Svs: Superficie equivalente de ventana a Sur, en m 2/m3 Rv: Radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m 2 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiación solar, en W/m 3 06/09/2010 Tipo L (m) 3.55 4.70 1.16 3.15 4.11 H (m) 2.4 3.3 2.4 1.2 4.2 23.2 23.2 23.2 23.2 23.2 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 163.78 13.22 20.16 88.81 51.81 337.79 337.79 381.12 718.92 0.00 210.04 8.67 Yi CRi Si Yi CRi (m2) 0.40 1.00 3.41 0.22 1.00 0.61 Σ(Si Yi CRi) 4.02 Svs 0.048 Rv 82.92 I (W/m3) 4.02 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) Fachada S C1 carpintería 8.52 0.92 0.9 7.055 -10.0 7.55 20 Fachada S F1 opaco 4.21 0.15 0.9 0.570 -10.0 7.55 20 Fachada S F4 opaco 2.78 0.35 0.9 0.868 -10.0 7.55 20 Fachada N C1 carpintería 3.78 0.92 1.1 3.825 -10.0 7.55 20 Fachada N F1 opaco 13.48 0.15 1.1 2.231 -10.0 7.55 20 Σ(Si Ki αi) 14.55 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.18 436.48 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 492.47 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.37 928.96 W Radiación solar I (W/m3) 4.02 Aportes medios internos D (W/m3) 2.53 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento ∆Ti (oC) ∆Ti (oC) 12.5 12.5 12.5 12.5 12.5 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 87.84 7.09 10.81 47.63 27.78 181.16 181.16 204.39 385.55 333.36 210.04 4.65 11 Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico CARGA TERMICA REDUCIDA Altura (m) Volumen (m3) Zona Superficie neto (m2) nublado 8.2 2.6 21.32 Qt (W) Qv (W) despejado Qt (W) Qv (W) Qas (W) Qd (W) Q0 (W) Q1 (W) 151.67 M2.1 Entrada-pasillo 25.51 126.2 25.51 126.2 0 0.63 151.67 M2.2 Baño 4.87 2.5 12.175 -2.56 -4.94 -2.56 -4.94 0 77.1 -7.51 -7.51 M2.3 Wc 1.75 2.5 4.375 12.45 13.85 12.45 13.85 0 1.67 26.30 26.30 M2.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 11.74 13.47 11.74 13.47 0 1.67 25.21 25.21 M2.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 18.72 15.14 18.72 15.14 0 24.2 33.86 33.86 M2.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 139.35 181.6 52.54 68.45 199.9 9.79 320.92 120.98 M2.7 Habitacion Salon/Comedor/Co cina 11.03 2.82 31.105 120.01 163.5 35.37 48.19 199.9 36.9 283.50 83.57 29.4 2.82 82.908 337.79 381.1 181.16 204.4 333.4 210 718.92 385.55 ∑ total 69.03 2.66 190.17 663.00 889.9 334.92 484.7 733.2 1552.9 819.63 Superficie bruto 71.28 M2.8 362 q0 (W/m2) 22.50 q1 (W/m2) qm (W/m2) 11.87 17.18 Altura (m) Volumen (m3) Zona Superficie neto (m2) CALOR NECESARIA 8.2 2.6 21.32 Qt (W) Qv (W) Qas (W) Qd (W) Q (W) M2.1 Entrada-pasillo 24.33 124.5 0 M2.2 Baño 4.87 2.5 12.175 23.77 45.80 0 77.08 69.6 M2.3 Wc 1.75 2.5 4.375 13.24 14.73 0 1.67 28.0 M2.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 12.51 14.36 0 1.67 26.9 M2.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 32.08 25.95 0 24.17 58.0 M2.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 143.61 187.1 199.9 9.79 330.7 M2.7 Habitacion Salon/Comedor/Co cina 11.03 2.82 31.105 135.62 184.8 199.9 36.88 320.4 29.4 2.82 82.908 436.48 492.5 333.4 210.04 929.0 ∑ total 69.03 2.66 190.17 Superficie bruto 71.28 M2.8 821.6 1090 733.2 q0 (W/m2) 0.63 148.9 361.9 1911 27.69 MODULO 2 06/09/2010 12 Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico MODULO 3 (ENERO) BELGRADO (m) (m3) M3.1 Entrada-pasillo M3.2 Baño 4.87 2.5 12.175 M3.3 Wc 1.75 2.5 4.375 M3.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 M3.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 M3.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.50 M3.7 Habitacion Salon/Comedor/Co cina 11.03 2.82 31.10 ∑ total 69.03 Superficie bruto 71.28 M3.8 8.2 Volumen (m2) Altura (h) Zona Superficie neto DIMENSIONES FÍSICAS DEL RECINTO 29.4 2.6 21.32 2.82 82.908 2.66 190.2 Elemento Fachada N F1 Fachada N C2 Fachada N F1 T1 06/09/2010 (m) 21.32 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) opaco 2.31 0.15 1.1 0.382 -10.0 -9.90 20 puerta entrada 0 0.71 1.1 0.000 3.0 3.10 20 opaco 1.20 4.2 5.04 0.15 1.1 0.834 3.0 3.10 20 cubierta 8.2 0.11 1.2 1.088 -10.0 -9.90 20 Σ(Si Ki αi) 2.30 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.11 46.09 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 124.5301 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.31 185.3 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.03 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Tipo 8.2 L (m) 0.55 2.6 H (m) 4.2 Volumen (m3) Entrada-pasillo Altura M3.1 Superficie neto (m2) ` ∆Ti (oC) 29.9 16.9 16.9 29.9 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 11.43 0.00 14.10 32.54 58.08 58.08 126.24 184.31 0.00 0.63 8.65 13 Tipo Fachada N F1 opaco T1 cubierta M3.4 Elemento Almacen Tipo Fachada N F1 opaco T1 cubierta 06/09/2010 1.75 L (m) 1.12 Volumen (m3) (m) Altura 2.5 H (m) 4.2 2.6 H (m) 4.2 1.1 14.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 1.39 9.12 10.50 10.50 34.01 44.51 0.00 77.08 3.66 Volumen (m3) (m) 4.375 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 (W/oC) (oC) (oC) (oC) (m2) (W/ Cm ) 4.70 0.15 1.1 0.779 3.0 3.89 20 1.75 0.11 1.2 0.232 -10.0 -9.11 20 Σ(Si Ki αi) 1.01 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.23 20.7 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 26.0 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.43 46.9 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.38 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 0.93 L (m) 0.60 ∆Ti (oC) ∆Ti (oC) 16.1 29.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 12.54 6.76 19.31 19.31 25.22 44.52 0.00 1.67 10.18 Volumen (m3) Elemento Wc 12.18 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) 7.56 0.15 1.1 1.251 3.0 20.89 22 4.87 0.11 1.2 0.646 -10.0 7.89 22 Σ(Si Ki αi) 1.90 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.16 37.95 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 71.11 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.35 122.4 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 6.33 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Altura M3.3 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico 2.5 H (m) 4.2 (m) Fachada N F1 opaco T1 cubierta 4.87 L (m) 1.80 Altura Tipo Superficie neto (m2) Elemento Baño Superficie neto (m2) M3.2 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta 2.418 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 (W/oC) (oC) (oC) (oC) (m2) (W/ Cm ) 2.52 0.15 1.1 0.417 -10.0 -8.4 20 0.93 0.11 1.2 0.123 -10.0 -8.4 20 Σ(Si Ki αi) 0.54 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.22 16.22 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 14.36 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.42 30.58 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.69 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 ∆Ti (oC) 28.4 28.4 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 11.83 3.50 15.33 15.33 13.58 28.91 0.00 1.67 11.96 14 (m) (m) 31.50 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 -9.22 20 Fachada S F1 opaco 4.83 0.15 0.9 0.653 -10.0 -9.22 20 T1 cubierta 11.17 0.11 1.2 1.482 -10.0 -9.22 20 Σ(Si Ki αi) 6.27 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.20 188.07 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 187.11 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.40 375.18 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.31 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento Elemento Tipo Radiación Solar Fachada S Directo Fachada S Invernadero 11.17 L (m) 2.08 2.98 2.82 H (m) 2.4 3.3 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 4.99 1.88 Svs: Superficie equivalente de ventana a Sur, en m 2/m3 Rv: Radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m 2 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiación solar, en W/m 3 06/09/2010 Tipo L (m) 2.08 2.98 H (m) 2.4 3.3 18.8 18.8 18.8 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 6.85 13.25 4.19 24.29 24.29 16.26 40.55 0.00 24.17 9.28 ∆Ti (oC) 29.2 29.2 29.2 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 120.77 19.09 43.31 183.17 183.17 182.22 365.39 0.00 9.79 11.60 Yi CRi Si Yi CRi (m2) 0.40 1.00 2.00 0.22 1.00 0.41 Σ(Si Yi CRi) 2.41 Svs 0.077 Rv 82.92 I (W/m3) 6.35 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 6.77 20 Fachada S F1 opaco 4.83 0.15 0.9 0.653 -10.0 6.77 20 T1 cubierta 11.17 0.11 1.2 1.482 -10.0 6.77 20 Σ(Si Ki αi) 6.27 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.20 188.07 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 187.11 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.40 375.18 W Radiación solar I (W/m3) 6.35 Aportes medios internos D (W/m3) 0.31 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento ∆Ti (oC) Volumen (m3) Habitacion doble 2.6 H (m) 0.6 4.2 Altura M3.6 Tipo Superficie neto (m2) 4.37 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada N C1 carpintería 0.36 0.92 1.1 0.364 -10.0 1.20 20 Fachada N F1 opaco 4.26 0.15 1.1 0.705 -10.0 1.20 20 T1 cubierta 1.68 0.11 1.2 0.223 -10.0 1.20 20 Σ(Si Ki αi) 1.29 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.30 38.77 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 25.95 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.49 64.72 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 5.53 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento 1.68 L (m) 0.6 1.10 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Volumen (m3) Lavado Altura M3.5 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta ∆Ti (oC) 13.2 13.2 13.2 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 54.68 8.65 19.61 82.94 82.94 82.51 165.45 199.94 9.79 5.25 15 (m) 31.10 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 (W/oC) (oC) (oC) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 -7.10 20 Fachada S F1 opaco 2.86 0.15 0.9 0.387 -10.0 -7.10 20 Fachada S F4 opaco 1.88 0.35 0.9 0.588 -10.0 -7.10 20 T1 cubierta 11.03 0.11 1.2 1.464 -10.0 -7.10 20 Σ(Si Ki αi) 6.57 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.21 197.16 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 184.76 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.41 381.92 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 1.19 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento Elemento Tipo Radiación Solar Fachada S Directo Fachada S Invernadero 11.03 L (m) 2.08 2.95 0.79 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Volumen (m3) Habitacion Altura M3.7 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Si (m2) 4.99 1.88 Svs: Superficie equivalente de ventana a Sur, en m 2/m3 Rv: Radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m 2 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiación solar, en W/m 3 06/09/2010 Tipo L (m) 2.08 2.95 0.79 H (m) 2.4 3.3 2.4 27.1 27.1 27.1 27.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 112.03 10.49 15.93 39.67 178.12 178.12 166.92 345.05 0.00 36.88 11.09 Yi CRi Si Yi CRi (m2) 0.40 1.00 2.00 0.22 1.00 0.41 Σ(Si Yi CRi) 2.41 Svs 0.078 Rv 82.92 I (W/m3) 6.43 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 (W/oC) (oC) (oC) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 8.60 20 Fachada S F1 opaco 2.86 0.15 0.9 0.387 -10.0 8.60 20 Fachada S F4 opaco 1.88 0.35 0.9 0.588 -10.0 8.60 20 T1 cubierta 11.03 0.11 1.2 1.464 -10.0 8.60 20 Σ(Si Ki αi) 6.57 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.21 197.16 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 184.76 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.41 381.92 W Radiación solar I (W/m3) 6.43 Aportes medios internos D (W/m3) 1.19 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento ∆Ti (oC) ∆Ti (oC) 11.4 11.4 11.4 11.4 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 47.11 4.41 6.70 16.68 74.91 74.91 70.20 145.11 199.94 36.88 4.67 16 (m) 82.91 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) Fachada S C1 carpintería 8.52 0.92 0.9 7.055 -10.0 -4.55 20 Fachada S F1 opaco 4.21 0.15 0.9 0.570 -10.0 -4.55 20 Fachada S F4 opaco 2.78 0.35 0.9 0.868 -10.0 -4.55 20 Fachada E F1 opaco 24.42 0.15 1 3.674 -10.0 -4.55 20 Fachada N C1 carpintería 3.78 0.92 1.1 3.825 -10.0 -4.55 20 Fachada N F1 opaco 13.48 0.15 1.1 2.231 -10.0 -4.55 20 T1 cubierta 29.4 0.11 1.2 3.901 -10.0 -4.55 20 Σ(Si Ki αi) 22.13 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.27 663.76 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 492.47 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.46 1156.2 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 2.53 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento Elemento Tipo Radiación Solar Fachada S Directo Fachada S Invernadero 29.4 L (m) 3.55 4.70 1.16 6.60 3.15 4.11 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 3.7 1.2 4.2 L (m) 3.55 1.16 H (m) 2.4 2.4 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Volumen (m3) Salon/Comedor/C ocina Altura M3.8 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Si (m2) 8.52 2.78 Svs: Superficie equivalente de ventana a Sur, en m 2/m3 Rv: Radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m 2 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiación solar, en W/m 3 06/09/2010 Tipo L (m) 3.55 4.70 1.16 6.60 3.15 4.11 H (m) 2.4 3.3 2.4 3.7 1.2 4.2 24.6 24.6 24.6 24.6 24.6 24.6 24.6 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 173.19 13.98 21.32 90.21 93.91 54.78 95.78 543.18 543.18 403.01 946.19 0.00 210.04 11.41 Yi CRi Si Yi CRi (m2) 0.40 1.00 3.41 0.22 1.00 0.61 Σ(Si Yi CRi) 4.02 Svs 0.048 Rv 82.92 I (W/m3) 4.02 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) Fachada S C1 carpintería 8.52 0.92 0.9 7.055 -10.0 4.10 20 Fachada S F1 opaco 4.21 0.15 0.9 0.570 -10.0 4.10 20 Fachada S F4 opaco 2.78 0.35 0.9 0.868 -10.0 4.10 20 Fachada E F1 opaco 24.42 0.15 1 3.674 -10.0 4.10 20 Fachada N C1 carpintería 3.78 0.92 1.1 3.825 -10.0 4.10 20 Fachada N F1 opaco 13.48 0.15 1.1 2.231 -10.0 4.10 20 T1 cubierta 29.4 0.11 1.2 3.901 -10.0 4.10 20 Σ(Si Ki αi) 22.13 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.27 663.76 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 492.47 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.46 1156.2 W Radiación solar I (W/m3) 4.02 Aportes medios internos D (W/m3) 2.53 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento ∆Ti (oC) ∆Ti (oC) 15.9 15.9 15.9 15.9 15.9 15.9 15.9 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 112.17 9.06 13.81 58.43 60.83 35.48 62.04 351.81 351.81 261.02 612.83 333.36 210.04 7.39 17 Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico CARGA TERMICA REDUCIDA Volumen (m3) (m) despejado Altura Superficie neto (m2) nublado M3.1 Entrada-pasillo 2.6 21.32 58.08 126.2 58.08 126.2 0 0.63 184.31 184.31 M3.2 Baño 4.87 2.5 12.175 10.50 34.01 10.50 34.01 0 77.1 44.51 44.51 M3.3 Wc 1.75 2.5 4.375 19.31 25.22 19.31 25.22 0 1.67 44.52 44.52 M3.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 15.33 13.58 15.33 13.58 0 1.67 28.91 28.91 M3.5 Lavado 2.6 4.368 24.29 16.26 24.29 16.26 0 24.2 40.55 40.55 M3.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 183.17 182.2 82.94 82.51 199.9 9.79 365.39 165.45 M3.7 Habitacion Salon/Comedor/Co cina 11.03 2.82 31.105 178.12 166.9 74.91 70.20 199.9 36.9 345.05 145.11 29.4 2.82 82.908 543.18 403.0 351.81 261.0 333.4 210 946.19 612.83 ∑ total 69.03 2.66 190.17 1032.0 967.5 637.17 629.0 733.2 1999.4 1266.2 Superficie bruto 71.28 Zona M3.8 8.2 1.68 Qt (W) Qv (W) Qt (W) Qv (W) Qas (W) Qd (W) 362 q0 (W/m2) Q0 (W) Q1 (W) 28.96 q1 (W/m2) qm (W/m2) 18.34 23.65 Volumen (m3) Entrada-pasillo 2.6 21.32 46.1 124.5 0 0.63 170.6 M3.2 Baño 4.87 2.5 12.175 37.95 71.11 0 77.08 109.1 M3.3 Wc 1.75 2.5 4.375 20.72 25.99 0 1.67 46.7 M3.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 16.22 14.36 0 1.67 30.6 M3.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 38.77 25.95 0 24.17 64.7 M3.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 188.07 187.1 199.9 9.79 375.2 M3.7 Habitacion Salon/Comedor/Co cina 11.03 2.82 31.105 197.16 184.8 199.9 36.88 381.9 29.4 2.82 82.908 663.76 492.5 333.4 ∑ total 69.03 2.66 190.17 1208.7 733.2 Superficie bruto 71.28 M3.8 8.2 (m) M3.1 Zona Superficie neto (m2) Altura CALOR NECESARIA Qt (W) Qv (W) 1126 Qas (W) Qd (W) q0 (W/m2) 210.04 361.9 Q (W) 1156 2335 33.83 MODULO 3 06/09/2010 18 Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico MODULO 4 (ENERO) BELGRADO (m2) Volumen (h) (m) (m3) M4.1 Entrada-pasillo M4.2 Baño 4.87 2.5 12.175 M4.3 Wc 1.75 2.5 4.375 M4.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 M4.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 M4.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.50 M4.7 Habitacion Salon/Comedor/Co cina 11.03 2.82 31.10 29.4 2.82 82.908 ∑ total 69.03 2.66 190.17 Superficie bruto 71.28 M4.8 8.2 Altura Zona Superficie neto DIMENSIONES FÍSICAS DEL RECINTO 2.6 21.32 Elemento Fachada N F1 Fachada N C2 Fachada N F1 T1 06/09/2010 (m) 21.32 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) opaco 2.31 0.15 1.1 0.382 -10.0 -9.90 20 puerta entrada 0 0.71 1.1 0.000 3.0 3.10 20 opaco 1.20 4.2 5.04 0.15 1.1 0.834 3.0 3.10 20 cubierta 8.2 0.11 1.2 1.088 -10.0 -9.90 20 Σ(Si Ki αi) 2.30 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.11 65.34 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 119.6756 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.31 185.0 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.03 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Tipo 8.2 L (m) 0.55 2.6 H (m) 4.2 Volumen (m3) Entrada-pasillo Altura M4.1 Superficie neto (m2) ` ∆Ti (oC) 29.9 16.9 16.9 29.9 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 11.43 0.00 14.10 32.54 58.08 58.08 126.24 184.31 0.00 0.63 8.65 19 Tipo Fachada N F1 opaco T1 cubierta M4.4 Elemento Almacen Tipo Fachada N F1 opaco T1 cubierta 06/09/2010 1.75 L (m) 1.12 Volumen (m3) (m) Altura 2.5 H (m) 4.2 2.6 H (m) 4.2 1.1 14.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 1.39 9.12 10.50 10.50 34.01 44.51 0.00 77.08 3.66 Volumen (m3) (m) 4.375 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) 4.70 0.15 1.1 0.779 3.0 3.89 20 1.75 0.11 1.2 0.232 -10.0 -9.11 20 Σ(Si Ki αi) 1.01 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.23 25.27024 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 21.66 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.43 46.93 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.38 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 0.93 L (m) 0.60 ∆Ti (oC) ∆Ti (oC) 16.1 29.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 12.54 6.76 19.31 19.31 25.22 44.52 0.00 1.67 10.18 Volumen (m3) Elemento Wc 12.18 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) (W/ Cm ) 7.56 0.15 1.1 1.251 3.0 20.89 22 4.87 0.11 1.2 0.646 -10.0 7.89 22 Σ(Si Ki αi) 1.90 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.16 51.23 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 65.09 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.35 116.32 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 6.33 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Altura M4.3 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico 2.5 H (m) 4.2 (m) Fachada N F1 opaco T1 cubierta 4.87 L (m) 1.80 Altura Tipo Superficie neto (m2) Elemento Baño Superficie neto (m2) M4.2 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta 2.418 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 (W/oC) (oC) (oC) (oC) (m2) (W/ Cm ) 2.52 0.15 1.1 0.417 -10.0 -8.4 20 0.93 0.11 1.2 0.123 -10.0 -8.4 20 Σ(Si Ki αi) 0.54 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.22 16.22 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 14.36 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.42 30.58 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.69 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 ∆Ti (oC) 28.4 28.4 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 11.83 3.50 15.33 15.33 13.58 28.91 0.00 1.67 11.96 20 (m) (m) 31.50 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 -9.22 20 Fachada S F1 opaco 4.83 0.15 0.9 0.653 -10.0 -9.22 20 T1 cubierta 11.17 0.11 1.2 1.482 -10.0 -9.22 20 Σ(Si Ki αi) 6.27 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.20 188.07 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 187.11 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.40 375.18 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.31 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento Elemento Tipo Radiación Solar Fachada S Directo Fachada S Invernadero 11.17 L (m) 2.08 2.98 2.82 H (m) 2.4 3.3 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 4.99 1.88 Svs: Superficie equivalente de ventana a Sur, en m 2/m3 Rv: Radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m 2 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiación solar, en W/m 3 06/09/2010 Tipo L (m) 2.08 2.98 H (m) 2.4 3.3 18.8 18.8 18.8 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 6.85 13.25 4.19 24.29 24.29 16.26 40.55 0.00 24.17 9.28 ∆Ti (oC) 29.2 29.2 29.2 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 120.77 19.09 43.31 183.17 183.17 182.22 365.39 0.00 9.79 11.60 Yi CRi Si Yi CRi (m2) 0.40 1.00 2.00 0.22 1.00 0.41 Σ(Si Yi CRi) 2.41 Svs 0.077 Rv 82.92 I (W/m3) 6.35 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 6.77 20 Fachada S F1 opaco 4.83 0.15 0.9 0.653 -10.0 6.77 20 T1 cubierta 11.17 0.11 1.2 1.482 -10.0 6.77 20 Σ(Si Ki αi) 6.27 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.20 188.0744 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 187.1064 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.40 375.2 W Radiación solar I (W/m3) 6.35 Aportes medios internos D (W/m3) 0.31 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento ∆Ti (oC) Volumen (m3) Habitacion doble 2.6 H (m) 0.6 4.2 Altura M4.6 Tipo Superficie neto (m2) 4.37 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 (W/oC) (oC) (oC) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada N C1 carpintería 0.36 0.92 1.1 0.364 -10.0 1.20 20 Fachada N F1 opaco 4.26 0.15 1.1 0.705 -10.0 1.20 20 T1 cubierta 1.68 0.11 1.2 0.223 -10.0 1.20 20 Σ(Si Ki αi) 1.29 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.30 38.77 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 25.95 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.49 64.72 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 5.53 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento 1.68 L (m) 0.6 1.10 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Volumen (m3) Lavado Altura M4.5 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta ∆Ti (oC) 13.2 13.2 13.2 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 54.68 8.65 19.61 82.94 82.94 82.51 165.45 199.94 9.79 5.25 21 (m) 31.10 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 -7.10 20 Fachada S F1 opaco 2.86 0.15 0.9 0.387 -10.0 -7.10 20 Fachada S F4 opaco 1.88 0.35 0.9 0.588 -10.0 -7.10 20 T1 cubierta 11.03 0.11 1.2 1.464 -10.0 -7.10 20 Σ(Si Ki αi) 6.57 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.21 197.16 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 184.76 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.41 381.92 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 1.19 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento Elemento Tipo Radiación Solar Fachada S Directo Fachada S Invernadero 11.03 L (m) 2.08 2.95 0.79 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Volumen (m3) Habitacion Altura M4.7 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Si (m2) 4.99 1.88 Svs: Superficie equivalente de ventana a Sur, en m 2/m3 Rv: Radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m 2 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiación solar, en W/m 3 06/09/2010 Tipo L (m) 2.08 2.95 0.79 H (m) 2.4 3.3 2.4 27.1 27.1 27.1 27.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 112.03 10.49 15.93 39.67 178.12 178.12 166.92 345.05 0.00 36.88 11.09 Yi CRi Si Yi CRi (m2) 0.40 1.00 2.00 0.22 1.00 0.41 Σ(Si Yi CRi) 2.41 Svs 0.078 Rv 82.92 I (W/m3) 6.43 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 4.99 0.92 0.9 4.133 -10.0 8.60 20 Fachada S F1 opaco 2.86 0.15 0.9 0.387 -10.0 8.60 20 Fachada S F4 opaco 1.88 0.35 0.9 0.588 -10.0 8.60 20 T1 cubierta 11.03 0.11 1.2 1.464 -10.0 8.60 20 Σ(Si Ki αi) 6.57 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.21 197.1598 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 184.7613 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.41 381.9 W Radiación solar I (W/m3) 6.43 Aportes medios internos D (W/m3) 1.19 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento ∆Ti (oC) ∆Ti (oC) 11.4 11.4 11.4 11.4 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 47.11 4.41 6.70 16.68 74.91 74.91 70.20 145.11 199.94 36.88 4.67 22 (m) 82.91 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 (W/oC) (oC) (oC) (oC) (m2) (W/ Cm ) Fachada S C1 carpintería 8.52 0.92 0.9 7.055 -10.0 -3.98 20 Fachada S F1 opaco 4.21 0.15 0.9 0.570 -10.0 -3.98 20 Fachada S F4 opaco 2.78 0.35 0.9 0.868 -10.0 -3.98 20 Fachada N C1 carpintería 3.78 0.92 1.1 3.825 -10.0 -3.98 20 Fachada N F1 opaco 13.48 0.15 1.1 2.231 -10.0 -3.98 20 T1 cubierta 29.4 0.11 1.2 3.901 -10.0 -3.98 20 Σ(Si Ki αi) 18.45 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.2225 553.53 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 492.47 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.42 1046.0 W Radiación solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 2.53 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento Elemento Tipo Radiación Solar Fachada S Directo Fachada S Invernadero 29.4 L (m) 3.55 4.70 1.16 3.15 4.11 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 1.2 4.2 L (m) 3.55 1.16 H (m) 2.4 2.4 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Volumen (m3) Salon/Comedor/C ocina Altura M4.8 Superficie neto (m2) Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Si (m2) 8.52 2.78 Svs: Superficie equivalente de ventana a Sur, en m 2/m3 Rv: Radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m 2 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiación solar, en W/m 3 06/09/2010 Tipo L (m) 3.55 4.70 1.16 3.15 4.11 H (m) 2.4 3.3 2.4 1.2 4.2 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 169.14 13.66 20.82 91.72 53.50 93.54 442.38 442.38 393.58 835.96 0.00 210.04 10.08 Yi CRi Si Yi CRi (m2) 0.40 1.00 3.41 0.22 1.00 0.61 Σ(Si Yi CRi) 4.02 Svs 0.048 Rv 82.92 I (W/m3) 4.02 Ticonf. Si Ki αi Si Ki αi Te Ti o 2 o o o (W/ Cm ) (W/ C) ( C) ( C) (oC) (m2) Fachada S C1 carpintería 8.52 0.92 0.9 7.055 -10.0 5.59 20 Fachada S F1 opaco 4.21 0.15 0.9 0.570 -10.0 5.59 20 Fachada S F4 opaco 2.78 0.35 0.9 0.868 -10.0 5.59 20 Fachada N C1 carpintería 3.78 0.92 1.1 3.825 -10.0 5.59 20 Fachada N F1 opaco 13.48 0.15 1.1 2.231 -10.0 5.59 20 T1 cubierta 29.4 0.11 1.2 3.901 -10.0 5.59 20 Σ(Si Ki αi) 18.45 Intercambio por transmisión Gt(W/oCm3) 0.22 553.5281 W Intercambio por ventilación Gv(W/oCm3) 0.20 492.4735 W Intercambio térmico G (W/oCm3) 0.42 1046.0 W Radiación solar I (W/m3) 4.02 Aportes medios internos D (W/m3) 2.53 Energía adicional necesaria para calefacción activo, en W/m3 Elemento ∆Ti (oC) ∆Ti (oC) 14.4 14.4 14.4 14.4 14.4 14.4 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 101.69 8.21 12.52 55.14 32.17 56.24 265.97 265.97 236.63 502.60 333.36 210.04 6.06 23 Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico CARGA TERMICA REDUCIDA Volumen (m3) (m) despejado Altura Superficie neto (m2) nublado M4.1 Entrada-pasillo 2.6 21.32 58.08 126.2 58.08 126.2 0 0.63 184.3 184.31 M4.2 Baño 4.87 2.5 12.175 10.50 34.01 10.50 34.01 0 77.1 44.51 44.51 M4.3 Wc 1.75 2.5 4.375 19.31 25.22 19.31 25.22 0 1.67 44.52 44.52 M4.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 15.33 13.58 15.33 13.58 0 1.67 28.91 28.91 M4.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 24.29 16.26 24.29 16.26 0 24.2 40.55 40.55 M4.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 183.17 182.2 82.94 82.51 199.9 9.79 365.4 165.45 M4.7 Habitacion Salon/Comedor/Co cina 11.03 2.82 31.105 178.12 166.9 74.91 70.20 199.9 36.9 345.0 145.11 29.4 2.82 82.908 442.38 393.6 265.97 236.6 333.4 836 502.60 ∑ total 69.03 2.66 931.18 958.0 551.33 604.6 1889 1156.0 Superficie bruto 71.28 Zona M4.8 8.2 190.2 Qt (W) Qv (W) Qt (W) Qv (W) Qas (W) Qd (W) 733 210 362 q0 (W/m2) Q0 (W) 27.37 q1 (W/m2) qm (W/m2) Q1 (W) 16.75 22.06 Volumen (m3) Entrada-pasillo 2.6 21.32 65.3 119.7 0 0.63 185.0 M4.2 Baño 4.87 2.5 12.175 51.23 65.09 0 77.08 116.3 M4.3 Wc 1.75 2.5 4.375 25.27 21.66 0 1.67 46.9 M4.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 16.22 14.36 0 1.67 30.6 M4.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 38.77 25.95 0 24.17 64.7 M4.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 188.07 187.1 199.9 9.79 375.2 M4.7 Habitacion Salon/Comedor/Co cina 11.03 2.82 31.105 197.16 184.8 199.9 36.88 381.9 29.4 2.82 82.908 553.53 492.5 333.4 ∑ total 69.03 2.66 190.17 1135.6 733.2 Superficie bruto 71.28 M4.8 8.2 (m) M4.1 Zona Superficie neto (m2) Altura CALOR NECESARIA Qt (W) Qv (W) 1111 Qas (W) Qd (W) q0 (W/m2) 210.04 361.9 Q (W) 1046 2247 32.55 MODULO 4 06/09/2010 24 Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico RESUMEN DE RESULTADOS Qo Qt (W) CARGA TERMICA Qv (W) Qas (W) Qd (W) D'a (W/m3) Q0 (W) q 2 (W/m ) MODULO 1 434.6 515 733.2 361.9 949.9 5.00 13.76 MODULO 2 334.9 485 733.2 361.9 819.6 4.31 11.87 MODULO 3 637.2 629 733.2 361.9 1266 6.66 MODULO 4 551.3 605 733.2 361.9 1156 6.08 16.75 1958 2234 2933 1447.7 4192 489.5 733.2 361.9 1048 Promedio/MODUL Q 558 5.51 18.3 15.2 CALOR NECESARIA QT (W) QV (W) D'a (W/m3) Q (W) q (W/m2) MODULO 1 955 1090 2045.2 10.75 29.63 MODULO 2 822 1090 1911.4 10.05 27.69 MODULO 3 1209 1126 2335.0 12.28 33.83 MODULO 4 1136 1111 2246.7 11.81 32.55 4121 4417 8538.2 1030 1104 2134.6 Promedio/MODUL 11.22 30.9 Balance energético 4 módulos de propuesta W 2500 362 362 1111 733 1126 Qd Qas Qo Qv 733 1250 1090 733 1500 1090 1750 362 362 2000 733 2250 Qt 5 6 1156 4 1136 3 1266 2 820 1 822 950 500 955 750 1209 1000 7 8 250 0 Qd Qas Qo Qv Qt 06/09/2010 Modulo Ganancias internas Ganancias solares Energía adicional -sistemas activos Perdidas por ventilación Pérdidas por transmisión MODUL1 MODUL2 MODUL3 MODUL4 1; 2 3; 4 5; 6 7; 8 25 Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Demanda calorífica Resultados de simulación de balance energético en el periodo de invierno ( kWh/m2a) Ganancias Perdidas Energía MODUL 1 MODUL 2 MODUL 3 MODUL 4 85.33 79.74 97.42 93.73 30.6 30.6 30.6 30.6 15.10 15.10 15.10 15.10 39.86 34.28 50.43 47.38 45.46 45.46 46.99 46.35 30.97 28.95 35.36 34.02 Bloque lineal de 4 módulos 356.2 122 60.4 171.95 184.27 129.31 Promedio modulo 89.06 30.6 15.10 42.99 46.07 32.33 Solar kWh/m 2a Internas Demanda calorífica kWh/m a Balance de energía 2 Periodo de calefacción 2 kWh/m a Octubre-Marzo Transmisión Ventilación Sistemas activos kWh/m a kWh/m a D'a (kWh/m3a) 2 2 Demanda calorífica y balance energético kWh/m2a 100.00 90.00 80.00 Dc 70.00 Qas 60.00 Qd 50.00 Qt 40.00 Qv 30.00 20.00 10.00 0.00 1 Dc Qas Qd Qt Qv 06/09/2010 2 Modulo 3 4 Demanda calorífica Ganancias solares Ganancias internas Perdidas por transmisión Perdidas por ventilación 26 Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico CARGA TERMICA Ganancias Sistemas activos Energía adicional Perdidas kWh/m 2a Internas Energía adicional kWh/m a Balance de energía Solar Resultados de simulación de balance energético en el periodo de invierno ( kWh/m2a) MODUL 1 MODUL 2 MODUL 3 MODUL 4 39.63 34.20 52.83 48.23 30.6 30.6 30.6 30.6 15.10 15.10 15.10 15.10 18.13 13.97 26.58 23.00 21.50 20.22 26.24 25.23 14.39 12.41 19.18 17.51 Bloque lineal de 4 módulos 174.9 122 60.4 81.69 93.19 63.48 Promedio / MODUL 43.72 30.6 15.10 20.42 23.30 15.87 2 Periodo de calefacción 2 kWh/m a Octubre-Marzo Transmisión Ventilación Sistemas activos kWh/m a kWh/m a D'a (kWh/m3a) 2 2 Demanda calorífica y balance energético kWh/m2a 100.00 90.00 80.00 70.00 Dc Da 60.00 Qas 50.00 Qd Qt 40.00 Qv 30.00 20.00 10.00 0.00 1 2 3 4 Modulo Dc D'a Qas Qd Qt Qv 06/09/2010 Demanda calorífica Energía adicional -sistemas activos Ganancias solares Ganancias internas Perdidas por transmisión Perdidas por ventilación 27 Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta A B C Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Calefacción por agua caliente , sistema centralizado Recuperación HRU μ = 0,65 Unidad cada modulo Recuperación HRU + Heat Pump μ = 0,75 Sistema central Energía primaria Energía adicional A B C Sistemas activos Sistemas activos Sistemas activos Sistemas activos MODUL 1 MODUL 2 MODUL 3 MODUL 4 Bloque lineal de módulos Promedio/ MODUL kWh/m2a Da (kWh/m2a) Da (kWh/m2a) Da (kWh/m2a) Da (kWh/m2a) 39.63 34.20 52.83 48.23 43.60 37.62 58.11 53.05 13.87 11.97 18.49 16.88 9.91 8.55 13.21 12.06 174.88 192.37 61.21 43.72 43.72 48.09 15.30 10.93 4 Demanda de sistemas activos con su energía primaria 70.00 60.00 50.00 Da 40.00 A B 30.00 C 20.00 10.00 0.00 1 Da A B C 06/09/2010 2 Modulo 3 4 Energía adicional -sistemas activos Calefacción por agua caliente + energía primaria HRU + energía primaria HRU + heat pump + energía primaria 28 Anexo : Calculo de demanda calorifica de modulos de propuesta kWh/m2a Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Balance energético Modulo de referencia & Modulo de propuesta 200.0 15.1 175.0 46.1 30.6 150.0 Qd 125.0 Qas Ganancias internas Qo Qv 100.0 Qt 15.1 75.0 137.6 136.9 46.1 30.6 50.0 25.0 43.0 43.7 3 4 0.0 1 2 Refer-Modul / Block-Modulo Qd Ganancias internas Ref. 1-perdidas, 2-ganancias Qas Ganancias solares Modulo 3-perdidas, 4-ganancias Qo Energía adicional -sistemas activos Qv Perdidas por ventilación Qt Perdidas por transmisión kWh/m2a Demanda calorífica y sistema activo Modulo referente y propuesta 175 150 144.5 137.6 125 Qac 100 Qad 75 48.1 43.7 50 43.7 43.7 25 15.3 10.9 0 1 2 3 4 Refer-Modul / Block-Modulo 06/09/2010 Qac Demanda calorífica Qad Energía adicional -sistemas activos 1 2 3 4 Modulo de referencia - Carga térmica y calefacción convencional Modulo propuesta Modulo propuesta Modulo propuesta A B C 29 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 7. Balance de Verano 102 Calculo de situacion de balance de verano Dubravka Matic 1. MÉTODO ESTÁTICO - SITUACIÓN DE BALANCE- VERANO DIA (JULIO) MODULO 3 1.A. TEMPERATURA MEDIA INTERIOR (Ti) BELGRADO T confort = Ti + ∆Ti (I+D) Ti = Te + ──── G (I+D) D´a Ti + ∆Ti = [ Te + ──── ] + ── G G G D´a = ∆Ti x G → ∆Ti: diferencia de temperatura necesitaria para conseguir temperatura de confort, en ºC Ti : temperatura media interior para el mes considerado, en ºC Te: temperatura media exterior para el mes considerado, en ºC I: ganancia media por radiación solar, en W/m3 D: aportes medios internos, en W/m³ G: coeficiente de intercambio térmico, en W/ºC m³ D´a : energia adicional necesaria para refrigeracion activa , en W/ m³ Te (ºC) 27.60 33.00 Superficie (m2) Vh (m3) Dias de refrigeracion Dias para calculo I (W/m³) 3.27 3.27 71.28 190.17 150 D (W/m³) 2.21 2.21 (12/24h) G Ti Ti Confort (W/ºC m³) (ºC) (ºC) 2.26 30.03 24 2.26 35.43 24 Energia / dia= D´a x Vh x dia Energia / dia= Energia / dia= D´a (W/m³) 13.61 25.82 62137.09 Wh 62.14 kWh 75 Energia diaria / superficie refrigeracion/año E= E= Energia / dia= Energia / dia= Energia diaria / superficie refrigeracion/año 06/09/2010 ∆Ti (ºC) 6.03 11.43 E= E= 0.872 65.38 (kWh/m2) (kWh/m2) 117825.63 Wh 117.83 kWh 1.653 123.97 (kWh/m2) (kWh/m2) 1 Calculo de situacion de balance de verano Dubravka Matic 1.B. GANANCIA MEDIA POR RADIACIÓN SOLAR (I) I = Svs Rv I: ganancia media por radiación solar, en W/m3 Svs: superficie equivalente de ventana a Sur, en m²/m³ Rv : radiación media en un plano vertical a Sur, en W/m² Svs (m²/m³) 0.03 Rv (W/m²) 118.75 I (W/m³) 3.27 Σ (Si γi CRi) Svs = ────────── Vh Si: γi : superficies captoras, en m² coeficiente de captación - para sistemas directos vale de 0,4 a 0,7 - para sistemas indirectos γi = a re/ (re + ri) CRi: Vh: a = coeficiente de absorción r = resistencias al paso de calor coeficiente según la orientación y las obstrucciones volúmen habitable, em m³ Mes del año S 1 1 Enero Julio Superficies captoras Fachada S Fachada E Fachada O Fachada N Cubierta 06/09/2010 Sistema directo invernadero CRi típicos E/O 0.4 1.8 N 0 0.6 Cubierta 0.6 2.2 Si γi CRi (m²) 18.60 4.77 0.40 0.00 0.60 1.00 Si γi CRi (m²) 4.46 0.00 28.03 28.03 3.25 85.80 0.00 0.00 0.40 0.00 1.80 1.80 0.60 2.20 0.00 0.00 0.78 0.00 Σ (Si γi CRi) Vh Svs 5.24 190.17 0.028 Svc directo 0.02347 Svc indirecto 0 2 Calculo de situacion de balance de verano Dubravka Matic 1.C. APORTE MEDIOS INTERNOS (D) Σ (ni ei nhi) D = ─────────── Vh 24 D: ni: aportes medios internos, en W/m³ número de elementos que desprenden calor ei: energía que desprende cada elemento, en W nhi: número de horas diarias de funcionamiento Vh: volúmen habitable, en m³ Consumos dimensionados según hipotesis de consumo diario promedio de una familia con un hijo adolescente ei nhi ni ei nhi ni elemento (W) (h) (Wh) Entrada - pasillo Iluminación acceso 5 20 0.15 15.00 Cocina Cocina 1 5000 0.15 750.00 Horno 1 1200 0 0.00 Lavavajillas 1 2150 0.8 1720.00 Nevera 1 180 1.5 270.00 Congelador 1 320 0.3 96.00 lamparas empotradas 4 20 1 80.00 luminaria colgante 1 100 1 100.00 microonda 1 800 0 0.00 Baño, lavadora,WC lamparas empotradas 5 30 1 150.00 luminaria colgante 2 40 1 80.00 plancha 1 1500 0.3 450.00 Lavadora-1000class AAA 1 1800 0.3 540.00 caldera 80(L) 1 1500 1 1500.00 Secador pelo 1 2000 0.1 200.00 Comedor & salon lamparas empotradas 5 20 1 100.00 TV LCD 1 125 2 250.00 Equipo Hi-Fi 1 150 1 150.00 Luminaria de suelo 1 60 0.5 30.00 luminaria colgante 1 100 1 100.00 Habitacion doble 800.00 lamparas empotradas 4 20 0.5 40.00 TV LCD 1 125 1 125.00 lamparas de mesa 2 35 0.5 35.00 Habitacion 1285.00 lamparas de mesa 1 35 1 35.00 luminaria colgante 1 100 1 100.00 Ordenador 1 250 3 750.00 Σ 7666.00 Personas 3 100 8 2400.00 Σ (ni ei nhi) Vh 24 D 06/09/2010 10066.00 4564.032 2.21 3 Calculo de situacion de balance de verano Dubravka Matic 1.D. COEFICIENTE DE INTERCAMBIO TÉRMICO (G) G = G t + Gv G: coeficiente de intercambio térmico, en W/ºC m³ Gt: coeficiente de intercambio por transmisión, W/ºC m³ Gv : coeficiente de intercambio por ventilación, W/ºC m³ Gt (W/ºC m³) 0.28 Gv (W/ºC m³) 1.98 G (W/ºC m³) 2.26 Σ (Si Ki αi) Gt = ─────────── Vh Si: superficies de la piel, en m² Ki: coeficiente de transmisión del calor, em W/ºC m² αi: coeficiente de situación de la superficie Vh: volúmen habitable, en m³ Mes del año Sur Enero Julio Elemento Fachada S Fachada E Fachada O Fachada N Cubierta Suelo Locales E/O 0.9 1 Tipo F1 opaco C1 Transparente F4A Invernadero local F1 Opaco F1 opaco F3 opaco Puerta_? C1 Transparente T1 Cubierta S2 Forjado F2 Opaco Norte 1 1.1 αi típicos Patio 1.1 0.8 0.8 0.9 Si ( m²) 14.80 18.60 4.77 Ki (W/ºC m²) 0.15 0.92 0.47 αi 1 1 1 Si Ki αi (W/ºC) 2.23 17.11 2.25 28.03 0.15 1.10 4.64 26.80 17.00 1.80 3.25 85.80 71.28 28.03 300.16 0.15 0.14 0.71 0.92 0.11 0.39 0.41 0.80 0.80 0.80 0.80 1.20 0.00 0.60 3.23 1.93 1.03 2.39 11.39 0.00 6.98 Σ(Si Ki αi) Vh Gt Cubierta 1.2 1.2 Suelo 0.4 0 Locales 0.5 0.6 53.16 190.17 0.28 Gv = 0,33 rh rh: volúmen horario de intercambio de aire en m³/(m³ h) Mes del año Enero Julio rh típicos 0,25 a 2,5 6 a 12 rh Gv 6 1.98 06/09/2010 4 Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energético en edificación 8. Cálculo de demanda frigorífica de modulo 3 103 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta MODULO 1 (JULIO) BELGRADO (m2) M1.1 M1.2 M1.3 M1.4 M1.5 M1.6 M1.7 M1.8 Entrada-pasillo Volumen Zona Altura (h) Superfici e neto DIMENSIONES FÍSICAS DEL RECINTO (m) (m3) 8.2 2.6 21.32 Baño 4.87 2.5 12.18 Wc 1.75 2.5 4.38 Almacen 0.93 2.6 2.42 Lavado 1.68 2.6 4.37 Habitacion doble 11.17 2.82 31.50 Habitacion Salon/Comedor/C ocina 11.03 2.82 31.10 ∑ total 69.03 Superficie bruto 71.28 29.4 2.82 82.908 2.66 190.2 Elemento Tipo Fachada N F1 opaco Fachada N C2 puerta entrada Fachada N F1 opaco (m) 8.2 L (m) 0.55 2.6 H (m) 4.2 1.20 4.2 Volumen (m3) Entrada-pasillo Altura M1.1 Superficie neto(m2) ` 21.32 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 2.31 0.15 1.91 0.71 3.13 0.15 αi 0.8 0.8 0.8 Σ(Si Ki αi) Si Ki αi (W/oC) 0.278 1.089 0.377 1.74 Te (oC) 27.6 26.0 26.0 o ( C) 27.6 26.0 26.0 Ticonf. (oC) 24 24 24 ∆Ti (oC) 3.6 2.0 2.0 ΣQi Qi (W) 1.00 2.19 0.76 3.96 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.08 0.35 W Qt 3.96 Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 67.542 W Qv 152.57 Intercambio termico G (W/oCm3) 2.06 Qa 156.53 Qas 0.00 Qd D'a 0.63 7.34 Radiacion solar 3 I (W/m ) 67.9 W 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.03 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 06/09/2010 Ti 1 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Tipo Fachada N F1 opaco M1.4 Elemento Almacen Tipo Fachada N F1 opaco 06/09/2010 (m) Altura Volumen (m3) αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 1.75 L (m) 1.12 4.375 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 4.70 0.15 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 0.8 0.566 27.6 28.01 Σ(Si Ki αi) 0.57 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.13 2.04 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 31.2 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.11 33.223 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.86 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 0.93 L (m) 0.60 2.6 H (m) 4.2 24 ∆Ti (oC) 5.2 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 4.78 4.78 4.78 126.51 131.28 0.00 81.25 10.78 Volumen (m3) (m) 2.5 H (m) 4.2 Ticonf. (oC) Ticonf. (oC) 24 ∆Ti (oC) 4.0 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 2.27 2.27 2.27 34.70 36.97 0.00 3.75 8.45 Volumen (m3) Elemento Wc 12.18 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 7.56 0.15 0.8 0.910 26.0 29.25 Σ(Si Ki αi) 0.91 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.07 2W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 48.213 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.05 50.033 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 6.67 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Altura M1.3 2.5 H (m) 4.2 (m) Fachada N F1 opaco 4.87 L (m) 1.80 Altura Tipo Superficie neto(m2) Elemento Baño Superficie neto(m2) M1.2 Superficie neto(m2) Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta 2.418 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 2.52 0.15 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti 0.8 0.303 27.6 Σ(Si Ki αi) 0.30 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.13 1.09 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 17.24 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.11 18.328 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 3.27 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 o ( C) 29.2 Ticonf. (oC) 24 ∆Ti (oC) 5.2 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 1.56 1.56 1.56 24.68 26.24 0.00 7.92 10.85 2 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Elemento Tipo Fachada N C1 carpinteria Fachada N F1 opaco Elemento (m) 1.68 L (m) 0.6 1.10 2.6 H (m) 0.6 4.2 4.37 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 0.36 0.92 4.26 0.15 L (m) 0.6 1.10 H (m) 0.6 4.2 Si (m2) 0.36 4.62 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 06/09/2010 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 0.8 0.265 27.6 33.95 0.8 0.513 27.6 33.95 Σ(Si Ki αi) 0.78 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.18 2.80 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 31.1 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.16 33.935 W Radiacion solar I (W/m3) 2.35 Aportes medios internos D (W/m3) 11.35 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Radiacion Solar Fachada N Directo Fachada N Invernadero Volumen (m3) Lavado Altura M1.5 Superficie neto(m2) Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta Yi 0.40 0.00 Ticonf. (oC) 24 24 ∆Ti (oC) 9.9 9.9 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 2.64 5.10 7.74 7.74 86.04 93.78 10.26 49.58 21.47 CRi Si Yi CRi (m2) 0.60 0.09 1.00 0.00 Σ(Si Yi CRi) Svs Rv I (W/m3) 0.09 0.020 118.75 2.35 3 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Elemento Tipo Fachada S Fachada S C1 carpinteria F1 opaco Elemento Radiacion Solar (m) Volumen (m3) Habitacion doble Altura M1.6 Superficie neto(m2) Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta 11.17 L (m) 2.08 2.98 2.82 H (m) 2.4 3.3 31.50 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 4.99 0.92 4.83 0.15 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 4.99 1.88 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 1 4.593 27.6 30.19 1 0.726 27.6 30.19 Σ(Si Ki αi) 5.32 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.17 19.15 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 224.5 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.15 243.68 W Radiacion solar I (W/m3) 4.52 Aportes medios internos D (W/m3) 1.06 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Ticonf. (oC) 24 24 ∆Ti (oC) 6.2 6.2 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 28.45 4.50 32.95 32.95 386.33 419.28 142.27 33.33 13.31 Elemento Tipo Fachada S Fachada S Fachada S C1 carpinteria F1 opaco F4 opaco Elemento Radiacion Solar (m) Volumen (m3) Habitacion Altura M1.7 Superficie neto(m2) Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada S Directo 0.40 0.60 1.20 Fachada S Invernadero 0.00 1.00 0.00 Σ(Si Yi CRi) 1.20 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.038 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 4.52 11.03 L (m) 2.08 2.95 0.79 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 31.10 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 4.99 0.92 2.86 0.15 1.88 0.35 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 4.99 1.88 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti o ( C) 1 4.593 27.6 30.54 1 0.430 27.6 30.54 1 0.653 27.6 30.54 Σ(Si Ki αi) 5.02 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.16 18.08 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 221.7 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.14 239.8 W Radiacion solar I (W/m3) 4.57 Aportes medios internos D (W/m3) 1.72 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Ticonf. (oC) 24 24 24 ∆Ti (oC) 6.5 6.5 6.5 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 30.03 2.81 4.27 32.85 32.85 402.76 435.61 142.27 53.54 14.00 Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada S Directo 0.40 0.60 1.20 Fachada S Invernadero 0.00 1.00 0.00 Σ(Si Yi CRi) 1.20 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.039 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 4.57 06/09/2010 4 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Elemento Tipo Fachada S Fachada S Fachada S Fachada E Fachada N Fachada N C1 F1 F4 F1 C1 F1 carpinteria opaco opaco opaco carpinteria opaco Elemento Radiacion Solar (m) Volumen (m3) Salon/Comedor/ Cocina Altura M1.8 Superficie neto(m2) Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta 29.4 L (m) 3.55 4.70 1.16 6.60 3.15 4.11 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 3.7 1.2 4.2 82.91 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 8.52 0.92 4.21 0.15 2.78 0.35 24.42 0.15 3.78 0.92 13.48 0.15 L (m) 3.55 1.16 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 8.52 2.78 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti 1 7.838 27.6 1 0.633 27.6 1 0.965 27.6 1.1 4.042 27.6 0.8 2.782 27.6 0.8 1.623 27.6 Σ(Si Ki αi) 17.88 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.22 64.4 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 591 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.20 655.35 W Radiacion solar I (W/m3) 5.76 Aportes medios internos D (W/m3) 2.28 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 o ( C) 31.26 31.26 31.26 31.26 31.26 31.26 Ticonf. (oC) 24 24 24 24 24 24 ∆Ti (oC) 7.3 7.3 7.3 7.3 7.3 7.3 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 56.93 4.60 7.01 29.36 20.21 11.79 129.89 129.89 1192.31 1322.20 477.43 189.42 15.95 Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada S Directo 0.40 1.00 3.41 Fachada S Invernadero 0.22 1.00 0.61 Σ(Si Yi CRi) 4.02 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.048 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 5.76 06/09/2010 5 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta Volumen (m3) (m) Altura Superficie neto(m2) POTENCIA FRIGORIFICA / CAPACIDAD FRIGORIFICA/ REAL M1.1 Entrada-pasillo 2.6 21.32 3.96 152.57 0 0.63 156.53 M1.2 Baño 4.87 2.5 12.175 4.78 126.51 0 81.3 131.28 M1.3 Wc 1.75 2.5 4.375 2.27 34.70 0 3.75 36.97 M1.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 1.56 24.68 0 7.92 26.24 M1.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 7.74 86.04 10.26 49.6 93.78 M1.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 32.95 386.33 142.27 33.3 419.3 M1.7 Habitacion Salon/Comedor/C ocina 11.03 2.82 31.105 32.85 402.76 142.27 53.5 435.6 29.4 2.82 82.908 129.89 1192.31 477.43 189 1322.2 ∑ total 69.03 2.658 190.17 215.98 772.24 Superficie bruto 71.28 Zona M1.8 8.2 Qt (W) Qv (W) 2405.9 Qas (W) Qd (W) 419 Q (W) 2622 q (W/m2) 38.0 Volumen (m3) (m) Altura Zona Superficie neto(m2) POTENCIA FRIGORIFICA NECESARIA Qt (W) Qv (W) Qas (W) Qd (W) Q (W) M1.1 Entrada-pasillo 8.2 2.6 21.32 0.35 67.54 0 0.63 156.53 M1.2 Baño 4.87 2.5 12.175 1.8 48.2 0 81.3 131.28 M1.3 Wc 1.75 2.5 4.375 2.04 31.19 0 3.75 36.97 M1.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 1.09 17.24 0 7.92 26.24 M1.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 2.80 31.14 10.26 49.6 93.78 M1.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 19.15 224.53 142.27 33.3 419.3 Habitacion 11.03 Salon/Comedor/C ocina 29.4 2.82 31.105 18.08 221.71 142.27 53.5 435.6 2.82 82.908 64.38 590.97 477.43 189 1322.2 69.03 2.658 190.17 109.71 1232.5 772.24 M1.7 M1.8 ∑ total Superficie bruto 419 2622 71.28 q (W/m2) 38.0 MODULO 1 06/09/2010 6 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta MODULO 2 (JULIO) BELGRADO M2.1 M2.2 M2.3 M2.4 M2.5 M2.6 M2.7 M2.8 Entrada-pasillo 8.2 2.6 Volumen Altura (h) Zona Superficie neto DIMENSIONES FÍSICAS DEL RECINTO 21.32 Baño 4.87 2.5 12.175 Wc 1.75 2.5 4.375 Almacen 0.93 2.6 2.418 Lavado 1.68 2.6 4.368 Habitacion doble 11.17 2.82 31.50 Habitacion Salon/Comedor/C ocina 11.03 2.82 31.10 ∑ total 69.03 Superficie bruto 71.28 29.4 2.82 82.908 2.66 190.2 Elemento Tipo Fachada N F1 opaco Fachada N C2 puerta entrada Fachada N F1 opaco 8.2 L (m) 0.55 (m) 2.6 H (m) 4.2 Volumen (m3) Entrada-pasillo Altura M2.1 Superficie neto(m2) ` 21.32 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 2.31 0.15 0 0.71 5.04 0.15 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 0.8 0.278 27.6 27.61 0.8 0.000 26.0 26.01 1.20 4.2 0.8 0.607 26.0 26.01 Σ(Si Ki αi) 0.88 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.04 0.25 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 67.542 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.02 68.1 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.03 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 06/09/2010 Ticonf. (oC) 24 24 24 ∆Ti (oC) 3.6 2.0 2.0 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 1.01 0.00 1.22 2.23 2.23 152.58 154.81 0.00 0.63 7.26 7 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Tipo Fachada N F1 opaco M2.4 Elemento Almacen Tipo Fachada N F1 opaco 06/09/2010 (m) Altura Volumen (m3) αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 1.75 L (m) 1.12 4.375 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 4.70 0.15 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti o ( C) 0.8 0.566 27.6 28.01 Σ(Si Ki αi) 0.57 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.13 2.0 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 31.185 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.11 33.223 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.86 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 0.93 L (m) 0.60 2.6 H (m) 4.2 24 ∆Ti (oC) 5.2 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 4.78 4.78 4.78 126.51 131.28 0.00 81.25 10.78 Volumen (m3) (m) 2.5 H (m) 4.2 Ticonf. (oC) Ticonf. (oC) 24 ∆Ti (oC) 4.0 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 2.27 2.27 2.27 34.70 36.97 0.00 3.75 8.45 Volumen (m3) Elemento Wc 12.18 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 7.56 0.15 0.8 0.910 26.0 29.25 Σ(Si Ki αi) 0.91 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.07 2W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 48.213 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.05 50.033 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 6.67 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Altura M2.3 2.5 H (m) 4.2 (m) Fachada N F1 opaco 4.87 L (m) 1.80 Altura Tipo Superficie neto(m2) Elemento Baño Superficie neto(m2) M2.2 Superficie neto(m2) Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta 2.418 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 2.52 0.15 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti 0.8 0.303 27.6 Σ(Si Ki αi) 0.30 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.13 1.09 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 17.236 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.11 18.328 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 3.27 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 (oC) 29.2 Ticonf. (oC) 24 ∆Ti (oC) 5.2 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 1.56 1.56 1.56 24.68 26.24 0.00 7.92 10.85 8 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Elemento Tipo Fachada N C1 carpinteria Fachada N F1 opaco (m) 1.68 L (m) 0.6 1.10 2.6 H (m) 0.6 4.2 4.37 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 0.36 0.92 4.26 0.15 L (m) 0.6 1.10 H (m) 0.6 4.2 Si (m2) 0.36 4.62 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 0.8 0.265 27.6 33.95 0.8 0.513 27.6 33.95 Σ(Si Ki αi) 0.78 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.18 2.80 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 31.135 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.16 33.935 W Radiacion solar I (W/m3) 2.35 Aportes medios internos D (W/m3) 11.35 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Ticonf. (oC) 24 24 ∆Ti (oC) 9.9 9.9 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 2.64 5.10 7.74 7.74 86.04 93.78 10.26 49.58 21.47 Elemento Tipo Fachada S Fachada S C1 carpinteria F1 opaco Elemento Radiacion Solar Volumen (m3) Altura Habitacion doble (m) Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada N Directo 0.40 0.60 0.09 Fachada N Invernadero 0.00 1.00 0.00 Σ(Si Yi CRi) 0.09 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.020 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 2.35 M2.6 Radiacion Solar Superficie neto(m2) Elemento Volumen (m3) Lavado Altura M2.5 Superficie neto(m2) Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta 11.17 L (m) 2.08 2.98 2.82 H (m) 2.4 3.3 31.50 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 4.99 0.92 4.83 0.15 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 4.99 1.88 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 1 4.593 27.6 30.19 1 0.726 27.6 30.19 Σ(Si Ki αi) 5.32 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.17 19.15 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 224.53 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.15 243.68 W Radiacion solar I (W/m3) 4.52 Aportes medios internos D (W/m3) 1.06 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Ticonf. (oC) 24 24 ∆Ti (oC) 6.2 6.2 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 28.45 4.50 32.95 32.95 386.33 419.28 142.27 33.33 13.31 Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada S Directo 0.40 0.60 1.20 Fachada S Invernadero 0.00 1.00 0.00 Σ(Si Yi CRi) 1.20 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.038 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 4.52 06/09/2010 9 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Elemento Tipo Fachada S Fachada S Fachada S C1 carpinteria F1 opaco F4 opaco Elemento Radiacion Solar (m) Volumen (m3) Habitacion Altura M2.7 Superficie neto(m2) Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta 11.03 L (m) 2.08 2.95 0.79 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 31.10 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 4.99 0.92 2.86 0.15 1.88 0.35 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 4.99 1.88 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 1 4.593 27.6 30.54 1 0.430 27.6 30.54 1 0.653 27.6 30.54 Σ(Si Ki αi) 5.02 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.16 18.08 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 221.71 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.14 239.8 W Radiacion solar I (W/m3) 4.57 Aportes medios internos D (W/m3) 1.72 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Ticonf. (oC) 24 24 24 ∆Ti (oC) 6.5 6.5 6.5 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 30.03 2.81 4.27 32.85 32.85 402.76 435.61 142.27 53.54 14.00 Elemento Tipo Fachada S Fachada S Fachada S Fachada N Fachada N C1 F1 F4 C1 F1 carpinteria opaco opaco carpinteria opaco Elemento Radiacion Solar (m) Volumen (m3) Salon/Comedor/ Cocina Altura M2.8 Superficie neto(m2) Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada S Directo 0.40 0.60 1.20 Fachada S Invernadero 0.00 1.00 0.00 Σ(Si Yi CRi) 1.20 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.039 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 4.57 29.4 L (m) 3.55 4.70 1.16 3.15 4.11 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 1.2 4.2 82.91 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 8.52 0.92 4.21 0.15 2.78 0.35 3.78 0.92 13.48 0.15 L (m) 3.55 1.16 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 8.52 2.78 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti 1 7.838 27.6 1 0.633 27.6 1 0.965 27.6 0.8 2.782 27.6 0.8 1.623 27.6 Σ(Si Ki αi) 13.84 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.17 49.8 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 590.97 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.15 640.8 W Radiacion solar I (W/m3) 5.76 Aportes medios internos D (W/m3) 2.28 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 o ( C) 31.35 31.35 31.35 31.35 31.35 Ticonf. (oC) 24 24 24 24 24 ∆Ti (oC) 7.3 7.3 7.3 7.3 7.3 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 57.58 4.65 7.09 20.44 11.92 101.68 101.68 1205.96 1307.65 477.43 189.42 15.77 Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada S Directo 0.40 1.00 3.41 Fachada S Invernadero 0.22 1.00 0.61 Σ(Si Yi CRi) 4.02 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.048 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 5.76 06/09/2010 10 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta Volumen (m3) (m) Altura Superficie neto(m2) POTENCIA FRIGORIFICA / CAPACIDAD FRIGORIFICA/ REAL M2.1 Entrada-pasillo 2.6 21.32 2.23 152.58 0 0.63 154.81 M2.2 Baño 4.87 2.5 12.175 4.78 126.51 0 81.3 131.28 M2.3 Wc 1.75 2.5 4.375 2.27 34.70 0 3.75 36.97 M2.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 1.56 24.68 0 7.92 26.24 M2.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 7.74 86.04 10.26 49.6 93.78 M2.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 32.95 386.33 142.27 33.3 419.3 M2.7 Habitacion Salon/Comedor/C ocina 11.03 2.82 31.105 32.85 402.76 142.27 53.5 435.6 29.4 2.82 82.908 101.68 1205.96 477.43 189 1307.6 ∑ total 69.03 2.658 190.17 186.05 772.24 Superficie bruto 71.28 Zona M2.8 8.2 Qt (W) Qv (W) 2419.6 Qas (W) Qd (W) 419 Q (W) 2606 q (W/m2) 37.7 Volumen (m3) (m) Altura Zona Superficie neto(m2) POTENCIA FRIGORIFICA NECESARIA Qt (W) Qv (W) Qas (W) Qd (W) Q (W) M2.1 Entrada-pasillo 8.2 2.6 21.32 0.25 67.54 0 0.63 154.81 M2.2 Baño 4.87 2.5 12.175 1.8 48.2 0 81.3 131.28 M2.3 Wc 1.75 2.5 4.375 2.04 31.19 0 3.75 36.97 M2.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 1.09 17.24 0 7.92 26.24 M2.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 2.80 31.14 10.26 49.6 93.78 M2.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 19.15 224.53 142.27 33.3 419.3 Habitacion 11.03 Salon/Comedor/C ocina 29.4 2.82 31.105 18.08 221.71 142.27 53.5 435.6 2.82 82.908 49.83 590.97 477.43 189 1307.6 69.03 2.658 190.17 95.06 1232.5 772.24 M2.7 M2.8 ∑ total Superficie bruto 419 2606 71.28 q (W/m2) 37.7 MODULO 2 06/09/2010 11 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta MODULO 3 (JULIO) BELGRADO M3.1 M3.2 M3.3 M3.4 M3.5 M3.6 M3.7 M3.8 Entrada-pasillo 8.2 2.6 Volumen Altura (h) Zona Superficie neto DIMENSIONES FÍSICAS DEL RECINTO 21.32 Baño 4.87 2.5 12.175 Wc 1.75 2.5 4.375 Almacen 0.93 2.6 2.418 Lavado 1.68 2.6 4.368 Habitacion doble 11.17 2.82 31.50 Habitacion Salon/Comedor/C ocina 11.03 2.82 31.10 ∑ total 69.03 Superficie bruto 71.28 29.4 2.82 82.908 2.66 190.2 Elemento Tipo Fachada N F1 opaco Fachada N C2 puerta entrada Fachada N F1 opaco T1 cubierta 8.2 L (m) 0.55 (m) 2.6 H (m) 4.2 Volumen (m3) Entrada-pasillo Altura M3.1 Superficie neto(m2) ` 21.32 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 2.31 0.15 0 0.71 5.04 0.15 8.2 0.11 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti 0.8 0.278 27.6 0.8 0.000 26.0 1.20 4.2 0.8 0.607 26.0 1.2 1.088 27.6 Σ(Si Ki αi) 1.97 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.09 1.48 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 67.542 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.07 69.4 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.03 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 06/09/2010 (oC) 27.61 26.01 26.01 27.61 Ticonf. (oC) 24 24 24 24 ∆Ti (oC) 3.6 2.0 2.0 3.6 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 1.00 0.00 1.22 3.93 6.16 6.16 152.57 158.73 0.00 0.63 7.44 12 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Tipo Fachada N F1 opaco T1 cubierta M3.4 Elemento Almacen Tipo Fachada N F1 opaco T1 cubierta 06/09/2010 (m) Altura Volumen (m3) αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 1.75 L (m) 1.12 4.375 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 4.70 0.15 1.75 0.11 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 0.8 0.566 27.6 28.00 1.2 0.232 27.6 28.00 Σ(Si Ki αi) 0.80 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.18 2.87 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 31.185 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.16 34.059 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.86 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 0.93 L (m) 0.60 2.6 H (m) 4.2 24 24 ∆Ti (oC) 5.2 6.8 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 4.70 4.37 9.07 9.07 124.54 133.61 0.00 81.25 10.97 Volumen (m3) (m) 2.5 H (m) 4.2 Ticonf. (oC) Ticonf. (oC) 24 24 ∆Ti (oC) 4.0 4.0 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 2.26 0.93 3.19 3.19 34.62 37.81 0.00 3.75 8.64 Volumen (m3) Elemento Wc 12.18 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 7.56 0.15 4.87 0.11 0.8 0.910 26.0 29.17 1.2 0.646 27.6 30.77 Σ(Si Ki αi) 1.56 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.13 3W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 1.0318 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.11 1.0265 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 6.67 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Altura M3.3 2.5 H (m) 4.2 (m) Fachada N F1 opaco T1 cubierta 4.87 L (m) 1.80 Altura Tipo Superficie neto(m2) Elemento Baño Superficie neto(m2) M3.2 Superficie neto(m2) Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta 2.418 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 2.52 0.15 0.93 0.11 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 0.8 0.303 27.6 29.1 1.2 0.123 27.6 29.12 Σ(Si Ki αi) 0.43 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.18 1.54 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 17.236 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.16 18.772 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 3.27 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Ticonf. (oC) 24 24 ∆Ti (oC) 5.1 5.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 1.55 0.63 2.18 2.18 24.50 26.69 0.00 7.92 11.04 13 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Elemento Tipo Fachada N C1 carpinteria Fachada N F1 opaco T1 cubierta (m) 1.68 L (m) 0.6 1.10 2.6 H (m) 0.6 4.2 4.37 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 0.36 0.92 4.26 0.15 1.68 0.11 L (m) 0.6 1.10 H (m) 0.6 4.2 Si (m2) 0.36 4.62 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 0.8 0.265 27.6 33.80 0.8 0.513 27.6 33.80 1.2 0.223 27.6 33.80 Σ(Si Ki αi) 1.00 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.23 3.60 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 31.135 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.21 34.738 W Radiacion solar I (W/m3) 2.35 Aportes medios internos D (W/m3) 11.35 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Ticonf. (oC) 24 24 24 ∆Ti (oC) 9.8 9.8 9.8 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 2.60 5.03 2.19 9.81 9.81 84.77 94.58 10.26 49.58 21.65 Elemento Tipo Fachada S Fachada S C1 carpinteria F1 opaco T1 cubierta Elemento Radiacion Solar Volumen (m3) Altura Habitacion doble (m) Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada N Directo 0.40 0.60 0.09 Fachada N Invernadero 0.00 1.00 0.00 Σ(Si Yi CRi) 0.09 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.020 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 2.35 M3.6 Radiacion Solar Superficie neto(m2) Elemento Volumen (m3) Lavado Altura M3.5 Superficie neto(m2) Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta 11.17 L (m) 2.08 2.98 2.82 H (m) 2.4 3.3 31.50 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 4.99 0.92 4.83 0.15 11.17 0.11 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 4.99 1.88 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 1 4.593 27.6 30.14 1 0.726 27.6 30.14 1.2 1.482 27.6 30.14 Σ(Si Ki αi) 6.80 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.22 24.5 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 224.53 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.20 249.01 W Radiacion solar I (W/m3) 4.52 Aportes medios internos D (W/m3) 1.06 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Ticonf. (oC) 24 24 24 ∆Ti (oC) 6.1 6.1 6.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 28.19 4.46 9.10 41.75 41.75 382.87 424.62 142.27 33.33 13.48 Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada S Directo 0.40 0.60 1.20 Fachada S Invernadero 0.00 1.00 0.00 Σ(Si Yi CRi) 1.20 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.038 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 4.52 06/09/2010 14 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Elemento Tipo Fachada S Fachada S Fachada S C1 F1 F4 T1 carpinteria opaco opaco cubierta Elemento Radiacion Solar (m) Volumen (m3) Habitacion Altura M3.7 Superficie neto(m2) Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta 11.03 L (m) 2.08 2.95 0.79 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 31.10 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 4.99 0.92 2.86 0.15 1.88 0.35 11.03 0.11 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 4.99 1.88 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 1 4.593 27.6 1 0.430 27.6 1 0.653 27.6 1.2 1.464 27.6 Σ(Si Ki αi) 7.14 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.23 25.7 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 221.71 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.21 247.42 W Radiacion solar I (W/m3) 4.57 Aportes medios internos D (W/m3) 1.72 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 30.45 30.45 30.45 30.45 Ticonf. (oC) 24 24 24 24 ∆Ti (oC) 6.4 6.4 6.4 6.4 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 29.62 2.77 4.21 9.44 46.04 46.04 397.19 443.23 142.27 53.54 14.25 Elemento Tipo Fachada S Fachada S Fachada S Fachada E Fachada N Fachada N C1 F1 F4 F1 C1 F1 T1 carpinteria opaco opaco opaco carpinteria opaco cubierta Elemento Radiacion Solar (m) Volumen (m3) Salon/Comedor/ Cocina Altura M3.8 Superficie neto(m2) Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada S Directo 0.40 0.60 1.20 Fachada S Invernadero 0.00 1.00 0.00 Σ(Si Yi CRi) 1.20 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.039 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 4.57 29.4 L (m) 3.55 4.70 1.16 6.60 3.15 4.11 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 3.7 1.2 4.2 82.91 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 8.52 0.92 4.21 0.15 2.78 0.35 24.42 0.15 3.78 0.92 13.48 0.15 29.4 0.11 L (m) 3.55 1.16 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 8.52 2.78 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti 1 7.838 27.6 1 0.633 27.6 1 0.965 27.6 1.1 4.042 27.6 0.8 2.782 27.6 0.8 1.623 27.6 1.2 3.901 27.6 Σ(Si Ki αi) 21.78 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.26 78.4 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 590.97 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.24 669.39 W Radiacion solar I (W/m3) 5.76 Aportes medios internos D (W/m3) 2.28 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 (oC) 31.19 31.19 31.19 31.19 31.19 31.19 31.19 Ticonf. (oC) 24 24 24 24 24 24 24 ∆Ti (oC) 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 56.33 4.55 6.93 29.05 19.99 11.66 28.04 156.55 156.55 1179.69 1336.24 477.43 189.42 16.12 Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada S Directo 0.40 1.00 3.41 Fachada S Invernadero 0.22 1.00 0.61 Σ(Si Yi CRi) 4.02 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.048 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 5.76 06/09/2010 15 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta Volumen (m3) (m) Altura Superficie neto(m2) POTENCIA FRIGORIFICA / CAPACIDAD FRIGORIFICA/ REAL M3.1 Entrada-pasillo 2.6 21.32 6.16 152.57 0 0.63 158.73 M3.2 Baño 4.87 2.5 12.175 9.07 124.54 0 81.3 133.61 M3.3 Wc 1.75 2.5 4.375 3.19 34.62 0 3.75 37.81 M3.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 2.18 24.50 0 7.92 26.69 M3.5 Lavado 2.6 4.368 9.81 84.77 10.26 49.6 94.58 M3.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 41.75 382.87 142.27 33.3 424.6 M3.7 Habitacion Salon/Comedor/C ocina 11.03 2.82 31.105 46.04 397.19 142.27 53.5 443.2 29.4 2.82 82.908 156.55 1179.69 477.43 189 1336.2 ∑ total 69.03 2.658 190.17 274.76 772.24 Superficie bruto 71.28 Zona M3.8 8.2 1.68 Qt (W) Qv (W) 2380.7 Qas (W) Qd (W) 419 Q (W) 2656 q (W/m2) 38.5 Volumen (m3) (m) Altura Zona Superficie neto(m2) POTENCIA FRIGORIFICA NECESARIA Qt (W) Qv (W) Q (W) 0.63 158.73 Entrada-pasillo 8.2 2.6 21.32 M3.2 Baño 4.87 2.5 12.175 3 1.03 0 81.3 133.61 M3.3 Wc 1.75 2.5 4.375 2.87 31.19 0 3.75 37.81 M3.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 1.54 17.24 0 7.92 26.69 M3.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 3.60 31.14 10.26 49.6 94.58 M3.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 24.48 224.53 142.27 33.3 424.6 Habitacion 11.03 Salon/Comedor/C ocina 29.4 2.82 31.105 25.70 221.71 142.27 53.5 443.2 2.82 82.908 78.42 590.97 477.43 189 1336.2 69.03 2.658 190.17 141.22 1185.3 772.24 M3.8 ∑ total Superficie bruto 0 Qd (W) M3.1 M3.7 1.48 67.5418 Qas (W) 419 2656 71.28 q (W/m2) 38.5 MODULO 3 06/09/2010 16 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta MODULO 4 (JULIO) BELGRADO M4.1 M4.2 M4.3 M4.4 M4.5 M4.6 M4.7 M4.8 Entrada-pasillo 8.2 2.6 Volumen Altura (h) Zona Superficie neto DIMENSIONES FÍSICAS DEL RECINTO 21.32 Baño 4.87 2.5 12.175 Wc 1.75 2.5 4.375 Almacen 0.93 2.6 2.418 Lavado 1.68 2.6 4.368 Habitacion doble 11.17 2.82 31.50 Habitacion Salon/Comedor/C ocina 11.03 2.82 31.10 29.4 2.82 82.908 ∑ total 69.03 2.66 190.17 Superficie bruto 71.28 Elemento Tipo Fachada N F1 opaco Fachada N C2 puerta entrada Fachada N F1 opaco T1 cubierta 8.2 L (m) 0.55 (m) 2.6 H (m) 4.2 Volumen (m3) Entrada-pasillo Altura M4.1 Superficie neto(m2) ` 21.32 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 2.31 0.15 0 0.71 5.04 0.15 8.2 0.11 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti 0.8 0.278 27.6 0.8 0.000 26.0 1.20 4.2 0.8 0.607 26.0 1.2 1.088 27.6 Σ(Si Ki αi) 1.97 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.09 2.1 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 67.5 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.07 69.815 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.03 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 06/09/2010 (oC) 27.61 26.01 26.01 27.61 Ticonf. (oC) 24 24 24 24 ∆Ti (oC) 3.6 2.0 2.0 3.6 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 1.00 0.00 1.22 3.93 6.16 6.16 152.57 158.73 0.00 0.63 7.44 17 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Tipo Fachada N F1 opaco T1 cubierta M4.4 Elemento Almacen Tipo Fachada N F1 opaco T1 cubierta 06/09/2010 (m) Altura Volumen (m3) αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 1.75 L (m) 1.12 4.375 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 4.70 0.15 1.75 0.11 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 0.8 0.566 27.6 28.00 1.2 0.232 27.6 28.00 Σ(Si Ki αi) 0.80 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.18 2.87 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 31.185 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.16 34.059 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 0.86 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 0.93 L (m) 0.60 2.6 H (m) 4.2 24 24 ∆Ti (oC) 5.2 6.8 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 4.70 4.37 9.07 9.07 124.54 133.61 0.00 81.25 10.97 Volumen (m3) (m) 2.5 H (m) 4.2 Ticonf. (oC) Ticonf. (oC) 24 24 ∆Ti (oC) 4.0 4.0 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 2.26 0.93 3.19 3.19 34.62 37.81 0.00 3.75 8.64 Volumen (m3) Elemento Wc 12.18 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 7.56 0.15 4.87 0.11 0.8 0.910 26.0 29.17 1.2 0.646 27.6 30.77 Σ(Si Ki αi) 1.56 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.13 0.08 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 1.0 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.11 1.03 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 6.67 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Altura M4.3 2.5 H (m) 4.2 (m) Fachada N F1 opaco T1 cubierta 4.87 L (m) 1.80 Altura Tipo Superficie neto(m2) Elemento Baño Superficie neto(m2) M4.2 Superficie neto(m2) Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta 2.418 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 2.52 0.15 0.93 0.11 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 0.8 0.303 27.6 29.1 1.2 0.123 27.6 29.12 Σ(Si Ki αi) 0.43 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.18 1.54 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 17.236 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.16 18.772 W Radiacion solar I (W/m3) 0 Aportes medios internos D (W/m3) 3.27 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Ticonf. (oC) 24 24 ∆Ti (oC) 5.1 5.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 1.55 0.63 2.18 2.18 24.50 26.69 0.00 7.92 11.04 18 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Elemento Tipo Fachada N C1 carpinteria Fachada N F1 opaco T1 cubierta (m) 1.68 L (m) 0.6 1.10 2.6 H (m) 0.6 4.2 4.37 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 0.36 0.92 4.26 0.15 1.68 0.11 L (m) 0.6 1.10 H (m) 0.6 4.2 Si (m2) 0.36 4.62 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 0.8 0.265 27.6 33.80 0.8 0.513 27.6 33.80 1.2 0.223 27.6 33.80 Σ(Si Ki αi) 1.00 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.23 3.60 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 31.135 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.21 34.738 W Radiacion solar I (W/m3) 2.35 Aportes medios internos D (W/m3) 11.35 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Ticonf. (oC) 24 24 24 ∆Ti (oC) 9.8 9.8 9.8 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 2.60 5.03 2.19 9.81 9.81 84.77 94.58 10.26 49.58 21.65 Elemento Tipo Fachada S Fachada S C1 carpinteria F1 opaco T1 cubierta Elemento Radiacion Solar Volumen (m3) Altura Habitacion doble (m) Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada N Directo 0.40 0.60 0.09 Fachada N Invernadero 0.00 1.00 0.00 Σ(Si Yi CRi) 0.09 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.020 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 2.35 M4.6 Radiacion Solar Superficie neto(m2) Elemento Volumen (m3) Lavado Altura M4.5 Superficie neto(m2) Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta 11.17 L (m) 2.08 2.98 2.82 H (m) 2.4 3.3 31.50 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 4.99 0.92 4.83 0.15 11.17 0.11 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 4.99 1.88 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 1 4.593 27.6 30.14 1 0.726 27.6 30.14 1.2 1.482 27.6 30.14 Σ(Si Ki αi) 6.80 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.22 24.5 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 224.53 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.20 249.01 W Radiacion solar I (W/m3) 4.52 Aportes medios internos D (W/m3) 1.06 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 Ticonf. (oC) 24 24 24 ∆Ti (oC) 6.1 6.1 6.1 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 28.19 4.46 9.10 41.75 41.75 382.87 424.62 142.27 33.33 13.48 Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada S Directo 0.40 0.60 1.20 Fachada S Invernadero 0.00 1.00 0.00 Σ(Si Yi CRi) 1.20 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.038 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 4.52 06/09/2010 19 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Elemento Tipo Fachada S Fachada S Fachada S C1 F1 F4 T1 carpinteria opaco opaco cubierta Elemento Radiacion Solar (m) Volumen (m3) Habitacion Altura M4.7 Superficie neto(m2) Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta 11.03 L (m) 2.08 2.95 0.79 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 31.10 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 4.99 0.92 2.86 0.15 1.88 0.35 11.03 0.11 L (m) 2.08 0.79 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 4.99 1.88 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti (oC) 1 4.593 27.6 1 0.430 27.6 1 0.653 27.6 1.2 1.464 27.6 Σ(Si Ki αi) 7.14 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.23 25.7 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 221.71 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.21 247.42 W Radiacion solar I (W/m3) 4.57 Aportes medios internos D (W/m3) 1.72 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 30.45 30.45 30.45 30.45 Ticonf. (oC) 24 24 24 24 ∆Ti (oC) 6.4 6.4 6.4 6.4 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 29.62 2.77 4.21 9.44 46.04 46.04 397.19 443.23 142.27 53.54 14.25 Elemento Tipo Fachada S Fachada S Fachada S Fachada N Fachada N C1 F1 F4 C1 F1 T1 carpinteria opaco opaco carpinteria opaco cubierta Elemento Radiacion Solar (m) Volumen (m3) Salon/Comedor/ Cocina Altura M4.8 Superficie neto(m2) Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada S Directo 0.40 0.60 1.20 Fachada S Invernadero 0.00 1.00 0.00 Σ(Si Yi CRi) 1.20 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.039 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 4.57 29.4 L (m) 3.55 4.70 1.16 3.15 4.11 2.82 H (m) 2.4 3.3 2.4 1.2 4.2 82.91 Si Ki o 2 (m2) (W/ Cm ) 8.52 0.92 4.21 0.15 2.78 0.35 3.78 0.92 13.48 0.15 29.4 0.11 L (m) 3.55 1.16 H (m) 2.4 2.4 Si (m2) 8.52 2.78 αi - Si Ki αi (W/oC) Te (oC) Ti 1 7.838 27.6 1 0.633 27.6 1 0.965 27.6 0.8 2.782 27.6 0.8 1.623 27.6 1.2 3.901 27.6 Σ(Si Ki αi) 17.74 Intercambio por transmision Gt(W/oCm3) 0.21 63.9 W Intercambio por ventilacion Gv(W/oCm3) 1.98 590.97 W Intercambio termico G (W/oCm3) 2.19 654.84 W Radiacion solar I (W/m3) 5.76 Aportes medios internos D (W/m3) 2.28 Energia adicional necesaria para refrigeracion activa, en W/m3 o ( C) 31.27 31.27 31.27 31.27 31.27 31.27 Ticonf. (oC) 24 24 24 24 24 24 ∆Ti (oC) 7.3 7.3 7.3 7.3 7.3 7.3 ΣQi Qt Qv Qa Qas Qd D'a Qi (W) 56.95 4.60 7.01 20.21 11.79 28.35 128.92 128.92 1192.77 1321.69 477.43 189.42 15.94 Yi CRi Si Yi CRi (m2) Fachada S Directo 0.40 1.00 3.41 Fachada S Invernadero 0.22 1.00 0.61 Σ(Si Yi CRi) 4.02 Svs: Superfice equivalente de ventana a Sur, en m2/m3 Svs 0.048 Rv: Radiacion media en un plano vertical a Sur, en W/m2 Rv 118.75 I=Svs x Rv: Ganancia media por radiacion solar, en W/m3 I (W/m3) 5.76 06/09/2010 20 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta Volumen (m3) (m) Altura Superficie neto(m2) POTENCIA FRIGORIFICA / CAPACIDAD FRIGORIFICA/ REAL M4.1 Entrada-pasillo 2.6 21.32 6.16 152.57 0 0.63 158.7 M4.2 Baño 4.87 2.5 12.175 9.07 124.54 0 81.3 133.6 M4.3 Wc 1.75 2.5 4.375 3.19 34.62 0 3.75 37.81 M4.4 Almacen 0.93 2.6 2.418 2.18 24.50 0 7.92 26.69 M4.5 Lavado 1.68 2.6 4.368 9.81 84.77 10.26 49.6 94.58 M4.6 Habitacion doble 11.17 2.82 31.499 41.75 382.87 142.27 33.3 424.6 M4.7 Habitacion Salon/Comedor/C ocina 11.03 2.82 31.105 46.04 397.19 142.27 53.5 443.2 29.4 2.82 82.908 128.92 1192.8 477.43 189 1322 ∑ total 69.03 2.658 247.13 2393.8 772.24 Superficie bruto 71.28 Zona M4.8 8.2 190.2 Qt (W) Qv (W) Qas (W) Qd (W) 419 Q (W) 2641 q (W/m2) 38.3 Volumen (m3) (m) Altura Zona Superficie neto(m2) POTENCIA FRIGORIFICA NECESARIA Qt (W) M4.1 Entrada-pasillo 8.2 2.6 21.32 2.07 M4.2 Baño 4.87 2.5 12.175 M4.3 Wc 1.75 2.5 4.375 M4.4 Almacen 0.93 2.6 M4.5 Lavado 1.68 M4.6 Habitacion doble M4.7 M4.8 Qv (W) Qas (W) Qd (W) Q (W) 67.5 0 0.63 0.08 1.0 0 81.3 133.6 2.87 31.2 0 3.75 37.81 2.418 1.54 17.2 0 7.92 26.69 2.6 4.368 3.60 31.1 10.26 49.6 94.58 11.17 2.82 31.499 24.48 224.5 142.27 33.3 424.6 Habitacion 11.03 Salon/Comedor/C ocina 29.4 2.82 31.105 25.70 221.7 142.27 53.5 443.2 2.82 82.908 63.87 591.0 477.4 189 1322 69.03 2.658 190.17 124.22 1185.3 772.2 419 ∑ total Superficie bruto 158.7 2641 71.28 q (W/m2) 38.3 MODULO 4 06/09/2010 21 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta RESUMEN DE RESULTADOS Q capacidad frigorifica necesaria Qt (W) Qv (W) Qas (W) Qd (W) D'a (W/m3) Q (W) q 2 (W/m ) MODULO 1 109.7 1233 772.2 419.4 2533.9 13.3 36.7 MODULO 2 95.1 1233 772.2 419.4 2519.2 13.2 36.5 MODULO 3 141.2 1185 772.2 419.4 2518.2 13.2 36.5 124.2 1185 772.2 419.4 2501.2 13.2 36.2 ∑ 470.2 4836 3089 1677.7 10073 MODULO 4 Promedio / MODUL 117.6 1209 772.2 419.4 2518 13.2 36.5 Demanda frigorifica Ganancias Periodo de refrigarecion Sistemas activos Solar Mayo Septiembre kWh/m a 44.05 43.79 43.78 43.48 13.4 13.4 13.4 13.4 175.1 43.77 MODUL 1 MODUL 2 MODUL 3 MODUL 4 Bloque lineal de 4 módulos Promedio / MODUL 06/09/2010 2 Demanda frigorifica Ganancias Interno Demanda frigorifica Transmisión kWh/m a Balance de energía kWh/m 2a Resultados de simulación de balance energético en el periodo de verano ( kWh/m2a) kWh/m a kWh/m a D'a (kWh/m3a) 7.29 7.29 7.29 7.29 1.91 1.65 2.45 2.16 21.43 21.43 20.61 20.61 15.99 15.90 15.89 15.78 53.7 29.2 8.17 84.06 63.56 13.4 7.29 2.04 21.02 15.89 2 Ventilación 2 2 Sistemas activos 22 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta Demanda frigorifica de modulos kWh/m2a 50.00 45.00 40.00 35.00 Qv 30.00 Qt Qd 25.00 Qas 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 1 2 3 4 Modul Qv Qt Qd Qas 06/09/2010 Ganancias por ventilacion Ganancias por transmision Ganancias Internas Ganancias solares 23 Tesina: Estrategias de diseño solar pasivo para ahorro energetico Anexo: Calculo de demanda frigorifica de los modulos de propuesta Stepen korisnosti A B Split system, convencional (1kW electricidad / 2,5 kW refrigeracion) μ = 0,10 Sistema individual Recuperacion HRU + Split System Recuperacion HRU + (Bomba decalor/ventilacion geotermica) μ = 0,30 sistema central C Energia primaria MODUL 1 MODUL 2 MODUL 3 MODUL 4 Bloque lineal de módulos 4 Promedio / MODUL Energía adicional A B C Demanda frigorifica Sistemas activos Sistemas activos Sistemas activos Df (kWh/m2a) Df (kWh/m2a) Df (kWh/m2a) Df (kWh/m2a) 44.05 43.79 43.78 43.48 17.62 17.52 17.51 17.39 15.86 15.77 15.76 15.65 12.33 12.26 12.26 12.17 175.10 70.04 63.04 49.03 43.77 17.51 15.76 12.26 kWh/m2a 50.00 45.00 40.00 35.00 30.00 Df A 25.00 B C 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 1 2 3 4 Modul Df A B C 06/09/2010 Demanda frigorifica Sistemas activos Sistemas activos Sistemas activos 24