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INDICE 1. Introducción.…………………………………………………………………………..5 1.1 Objetivos……………………………………………………………………..5 1.2 Ubicación………………..…………………………………………………...6 1.3 Estudio microclima...………………………………………………………...6 1.4 Descripción Edificio...……………………………………………………….7 1.5 Demanda calefacción………………………………………………………...7 1.6 Demanda de agua caliente…………………………………………………...7 1.6.1 Demanda de ACS………………………………………………….7 1.6.2 Producción de Agua Caliente……………………………………...8 1.7 Simulación del edificio. Calificación Energética……………………………8 1.8 Mejoras planteadas…………………………………………………………..9 1.8.1 Mínima demanda energética……………………………………….9 1.8.2 Mínimo consumo energético………………………………………9 2. Emplazamiento. Descripción Panticosa…..…………………………………………10 3. Características Clima………………………………………………………………...11 4. Energías Renovables planteadas……………………………………………………..13 4.1 Arquitectura Bioclimática…………………………………………………..13 4.2 Energía Solar………………………………………………………………..14 4.3 Fundamentos de la Energía Solar Pasiva…………………………………...14 4.3.1 Caparazón aislante exterior……………………………………….14 4.3.2 Una buena orientación solar………………………………………14 4.3.3 Colocación de ventanas…………………………………………...14 4.3.4 Cristaleras orientadas al sur………………………………………14 4.3.5 Masa térmica interior……………………………………………..14 1 4.3.6 Cristal de acristalamiento…………………………………………15 4.4 Energía Hidroeléctrica……………………………………………………...15 4.5 Biomasa…………………………………………………………………….15 5. Objetivos………………………………………………………………………….….17 6. Descripción del edificio.……..………………………………………………………19 7. Estudio Energético I: Demanda de Calefacción ………………………………….....20 7.1 Condiciones de Simulación con Lider ……………………………………..20 7.1.1 Selección método…………………………………………………20 7.1.2 Datos previos……………………………………………………...20 7.1.3 Otros datos a considerar…………………………………………..22 7.2 Resultados con Lider ……………………………………………………....24 8. Estudio Energético II: Demanda de Agua Caliente ………………………………..26 8.1 Consideración para el cálculo de la demanda de ACS …………………....26 8.2 Resultados ………………………………………………………………....28 8.2.1 Resultados Excel………………………………………………….28 8.2.2 Consumos y Demandas totales de ACS…………………………..28 8.2.3 Energía anual de ACS a 45ºC…………………………………….29 8.3 Producción de Agua Caliente (Calefacción y ACS) ……………………....30 9. Simulación del edificio. Calificación energética ……………………………….....33 9.1 Condiciones de Simulación con Calener VYP……………………………..33 9.2 Resultados de la calificación energética……………………………………36 10. Mejoras planteadas………………………………………………………………....38 10.1 Mínima demanda energética del edificio ………………………………..38 10.2 Mínimo consumo energético …………………………………………...40 11. Conclusiones…………………………………………………………………….....42 2 12. Bibliografía …………………………………………………………………….......44 13.Agradecimientos…………………………………………………………………….45 ANEXOS Anexo 1. Datos Panticosa ……………………………………………………...47 Anexo 2. Características Embalses……………………………………………..63 Anexo 3. Documento Básico (CTE-HE1)……………………………………...67 Anexo 4. Planos Edificio……………………………………………………...123 Anexo 5. Cargas Internas……………………………………………………...127 Anexo 6. Materiales y Cerramientos………………………………………….128 Anexo 7. Caldera de Condensación…………………………………………...139 Anexo 8. Caldera de Biomasa…………………………………………………142 Anexo 9. Suelo Radiante……………………………………………………...145 Anexo 10. Sistemas de Captación Solar………………………………………155 3 4 1. INTRODUCCION En este momento de la vida, donde las fuentes de energía renovable son un factor clave en ella y de la gran conciencia que se esta creando en la humanidad de que dependiendo de cómo se obtenga y se utilice va a depender en gran medida el futuro de la sociedad, es necesario plantearse y poner soluciones para que se frene en gran medida el deterioro medioambiental ahora existente. Por ello el siguiente informe, plantea usar fuentes de energías renovables como la solar o hidroeléctrica ya existente en esa localidad, además del uso de unos materiales, orientación y otras características que nos permita plantear una vivienda bioclimática. El objetivo del presente informe es proponer una vivienda unifamiliar bioclimática tipo en Panticosa, municipio español situado en el Pirineo Aragonés, con el propuesto de mejorar el comportamiento energético de las viviendas ya existentes en esos lugares y con la finalidad de que poco a poco se vayan instalando, en todas las partes, viviendas bioclimática, con el fin de cumplir los objetivos previstos en las nuevas ordenanzas referentes al uso de Energías Renovables. Para ello se intentara lograr unas condiciones adecuadas de temperatura, humedad, movimiento y calidad de aire, optimizando el diseño y proveer de una herramienta informática flexible que permita realizar estimaciones sobre las necesidades de calefacción, refrigeración y Agua Caliente Sanitaria, así como proponer una serie de modificaciones en el diseño del edificio que ayuden a mejorar el comportamiento pasivo del edificio. En primer lugar es fundamental que reseñe la dificultad que entraña la simulación de la vivienda ya que en un principio se desconoce muchos de los datos necesarios, como son las ganancias internas del edificio, datos climáticos actualizados, consumos medios de las viviendas existentes… En cualquier caso son necesarios unos criterios de simulación bajo los cuales se puede realizar una estimación del consumo de las instalaciones. Evidentemente, los usuario finales seguirán sus propios hábitos creando nuevos condicionantes térmicos que lleven a un consumo energético distinto al calculado en esta simulación. 1.1.OBJETIVOS Este estudio persigue cumplir una serie de objetivos como son: ¾ Lograr la calidad del ambiente interior, es decir, unas condiciones adecuadas de temperatura, humedad, movimiento y calidad del aire. ¾ Desarrollar un modelo matemático simulando el comportamiento energético del edificio que permita: 1. Estimar demandas de calefacción y ACS. 2. Proporcionar un método flexible para introducir modificaciones y comparar las variaciones en el comportamiento térmico del edificio. Este sistema permite mejorar la eficiencia del diseño del edificio y optimizar un comportamiento bioclimática. 5 ¾ Analizar los resultados obtenidos y extraer conclusiones sobre el comportamiento energético del edificio. ¾ Optimizar el diseño y el comportamiento Pasivo del edificio a través de la proposición de mejoras en el proyecto que disminuyan los consumos. Para alcanzar los objetivos indicados se ha seguido el siguiente procedimiento: 1. Ubicación, estudio del clima. 2. Breve descripción de las energías Renovables usadas. 3. Forma y orientación del edificio 4. Estimación de consumos de calefacción y ACS del edificio: • Estudio de las características de los distintos cerramientos que forman la envolvente térmica del edificio (materiales, transmitancia, espesores, áreas). Hoja Excel de demanda de ACS y calefacción • Optimización del diseño y comportamiento pasivo del edificio a través de la proposición de mejoras en el proyecto que disminuyan el consumo de calefacción y de ACS. • Cálculo de la superficie de placas solares necesaria, junto con el tipo de captador y el numero de captadores necesarios para obtener la mayor cobertura solar. Hoja Excel de cálculo horario de captadores térmicos. • Herramienta informática. Simulación con LIDER. 5. Simulación del edificio junto con la calificación energética. 6. Planteamiento de mejoras con el fin de conseguir:  Mínima demanda energética.  Mínimo consumo energético. 1.2. UBICACIÓN Panticosa es un municipio español situado en el valle de Tena, perteneciente a la comarca de Alto Gallego, al norte de la provincia de Huesca, Comunidad Autonómica de Aragón. Dicho municipio se encuentra a 1184 m de altitud, y 42,7º de latitud; en el cual confluyen numerosos ríos, ibones y lagos, por lo que gracias a esto posee dos centrales hidroeléctricas las cuales suministran la electricidad a este municipio. 1.3. ESTUDIO DEL MICROCLIMA Nos encontramos en una zona de clima de alta montaña, según el CTE HE4 se encuentra en zona climática II, el cual provoca que las temperaturas sean bajas y la radiación solar tome valores altos. 6 Debido a este clima tan severo es necesario tener muy en cuenta las necesidades de calefacción y usar materiales que formen unos cerramientos con unas transmitancia muy especificas. 1.4. DESCRIPCION DEL EDIFICIO La vivienda unifamiliar consta de dos plantas habitables, además de sótano y gatera. En las plantas habitables se sitúan la cocina, el salón, los baños y los tres dormitorios. La orientación del edificio está basada en que tanto el salón como el dormitorio de matrimonio se sitúen cara Sur ya que son los dos espacios con mayores dimensiones y de esta manera se las demandas de calefacción necesarias son menores. En este caso, todas las zonas calefactadas se clasifican como espacios habitables y el resto como no habitables, teniendo ambos una clase de higronometría 3 ya que en estos espacios no se prevé una alta producción de humedad. 1.5. DEMANDA DE CALEFACCIÓN Para realizar este estudio sed ha usado el programa informático LIDER, ya que es la implementación informática de la opción general de verificación de la exigencia de limitación de Demanda Energética (HE1), establecida en el Documento Básico de Habitabilidad y Energía del Código Técnico de la edificación ofrecida por el Ministerio de Vivienda y por el IDEA. El cumplimiento de esta normativa es obligatorio para todos edificios de nueva construcción o reformas mayoritarias. Dada la obligatoriedad de la norma se ha simulado la vivienda unifamiliar de nueva construcción incluyendo todas las mejoras planteadas. El edificio precisa calefacción desde los meses de Octubre a Mayo, no siendo necesaria refrigeración. Es decir, el clima plantea unos 8 meses de invierno y 4 meses de verano con temperaturas muy suaves, lo que nos indica las condiciones de frió intenso a las que se enfrenta. 1.6. DEMANDA DE AGUA CALIENTE 1.6.1 Demanda de ACS: Para establecer las necesidades de ACS, es necesario conocer los litros de agua consumida al día por los usuarios del edificio. Siendo un edificio de nueva construcción en el que no tenemos datos de los consumos anteriores, se hará una previsión del consumo de ACS a partir de cálculos estadísticos. Como se trata de una vivienda unifamiliar con tres dormitorios y considerando una temperatura de acumulación de ACS de 45ºC, se obtiene para cada mes una demanda mensual la cual depende de la Temperatura de agua fría en red para cada mes en la localidad de Panticosa. 7 Tras obtener la demanda mes a mes, la demanda tota será la suma de ellas. Si se toma como aproximación que la Temperatura de agua fría en red es la media de todas Temperaturas de agua fría en red (Ti red) desde Enero a Diciembre, se obtendrá una Ti red constante, con lo que la Demanda mensual solo dependerá del numero de días de cada mes. Para una temperatura de 60ºC, se obtiene un consumo diario de ACS constante, considerando tres dormitorios, es decir, cuatro personas en la vivienda, según tablas se tiene un consumo de 30 litros por persona y dia, con lo que el consumo de ACS a 60ºC es de 120 litros por día. 1.6.2 Producción de Agua Caliente: Para la producción de agua caliente, se ha planteado la solución de la instalación de sistemas de aprovechamiento de baja temperatura, como es el caso de colectores solares térmicos, con el fin de ahorrar energía y obtener incentivos fiscales. A la hora de diseñar instalaciones de colectores a escalar residencial, se usará el método F-chart, que permite realizar el cálculo de cobertura de unos sistemas solares. Este método nos proporcionará una estimación del porcentaje de energía que es suministrado por el sistema solar, del total de las necesidades energéticas que tenemos. Se ha elegido colectores solares de la marca VIESSMAN VITOSOL, ya que son colectores de alto rendimiento que han dado buenos resultados en otros proyectos ya realizados, realizando el calculo de la cobertura solar anual con colectores normales y de vació de esta marca para distintas inclinaciones. La elección del colector solar se hará en función de la cobertura anual para distintas inclinaciones y del coste de instalación, eligiendo aquel que nos de la mayor cobertura anual y menor coste y por lo tanto mayor energía anual cubierta. 1.7. SIMULACION DEL EDIFICIO. CALIFICACIÓN ENERGÉTICA. Para la calificación energética del edificio se usará el programa Calener VYP. Los pasos seguidos son los siguientes: 1. Estudiar el sistema de acondicionamiento instalado en el edificio, decidiendo la combinación de elementos del programa (Sistemas, Equipos, Unidades Terminales, Factores de Corrección) que serán necesarios para modelarlo. 2. Recopilar la información relativa al dimensionado (potencias y rendimientos nominales, caudales, temperaturas, etc.) requerida por los elementos del programa. 3. Cargar en el programa la definición geométrica y constructiva obtenida con LIDER. 8 Tras haber estudiado el sistema de acondicionamiento instalado, en un principio el caso de partida planteado (Sistema Mixto de ACS y calefacción con radiadores), además de considerar la contribución solar mínima exigida (70%) y una demanda de ACS de 90 l/dia.m2 (estipulado por el programa Calener), se obtendrá la calificación energética del edificio en función de las emisiones de CO2 totales del edificio. 1.8. MEJORAS PLANTEADAS Tras haber calculado en caso partida, se plantea una serie de mejoras en el edificio, tanto a nivel de obtener una demanda energética mínima del edificio como un consumo energético mínimo. 1.8.1 Mínima demanda energética: Se planteará una serie de modificaciones en las variables siguientes: renovaciones/hora del aire, espesores de aislamientos y materiales de los cerramientos del suelo de las zonas habitables. Tras comparar los resultados se elegirá la solución que obtenga una menor emisión de CO2 y demanda de calefacción con el fin de mejorar la calificación energética del edificio. 1.8.2 Mínimo consumo energético: Obtenida la mínima demanda energética se plantea obtener un consumo energético mínimo, para ello se cambiara la caldera convencional por una caldera de condensación, una caldera de biomasa o un suelo radiante con caldera convencional. Eligiendo finalmente aquella que dé el mínimo consumo energético, minima emisión de CO2 y con ello mejor calificación energética del edificio. 9 paredes interiores de las casas a menudo se construyen con madera, pero si se construyen con materiales de albañilería, como roca o adobe, pueden proporcionar una excelente masa, especialmente esas paredes interiores que reciben directamente el sol. 4.3.6 Cristal de aislamiento. El cristal de doble hoja o las ventanas con aislamiento minimizan la pérdida de calor a través de esas aberturas y tendrán muchas ventajas en todos los climas excepto los más templados. 4.4. ENERGÍA HIDROELÉCTRICA La energía hidroeléctrica es una de las energías más rentables. Aunque costes iniciales son bastante elevados, por contra, los gastos de explotación y mantenimiento son relativamente bajos. Se obtiene de la caída del agua desde cierta altura a una cota inferior. Esta caída induce el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. Requiere una serie de condicionantes: • pluviosidades medias anuales favorables • lugar de emplazamiento, supeditado a las características y configuración del terreno por donde discurre la corriente de agua. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere la construcción de pantanos, presas, canales de derivación y la instalación de grandes turbinas y el equipamiento necesario para generar electricidad. 4.5. BIOMASA La biomasa vegetal es la materia constituida por las plantas. La energía que contiene es energía solar almacenada durante el crecimiento por medio de la fotosíntesis. Por esta razón, la biomasa, si es utilizada dentro de un ciclo continuo de producción-utilización, constituye un recurso energético renovable y respetuoso con el medio ambiente. Quemando gas o gasóleo para la calefacción, se transfiere y se acumula en la atmósfera carbono extraído del subsuelo profundo, alimentando así el efecto invernadero. Por el contrario, la combustión de biomasa no contribuye de ninguna manera al efecto invernadero, porque el carbono que se libera quemando la madera procede de la atmósfera misma y no del subsuelo. Actualmente, la contribución de la biomasa a la necesidad de energía primaria está muy por debajo del potencial disponible, y se produce fundamentalmente por la utilización de leña para quemar en chimeneas y estufas, a menudo obsoletas y poco eficaces. No 16 obstante, las tecnologías para la utilización de combustibles vegetales en sistemas de calefacción doméstica han experimentado un gran desarrollo en los últimos años y han alcanzado niveles de eficiencia, fiabilidad y confort muy parecidos a los de los sistemas tradicionales de gas y de gasóleo. Básicamente hay tres tipologías, según las tres principales categorías de combustibles vegetales: ¾ leña para quemar en tarugos. ¾ madera desmenuzada (astillas). ¾ pastillas de madera molida y prensada (pellet). 17 5. OBJETIVOS El estudio que se plantea surge de la idea de la creación de una vivienda unifamiliar tipo en el Pirineo Aragonés con el propuesto de mejorar el comportamiento energético de las viviendas ya existentes en esos lugares y con el objetivo de poco a poco se vayan instalando en todas las partes viviendas bioclimáticas, con el fin de cumplir los objetivos previstos en las nuevas ordenanzas referentes al uso de Energías Renovables. El estudio persigue los siguientes objetivos: 1. Lograr la calidad del ambiente interior, es decir, unas condiciones adecuadas de temperatura, humedad, movimiento y calidad del aire. 2. Desarrollar un modelo matemático simulando el comportamiento energético del edificio que permita: • Estimar demandas de calefacción y ACS. • Proporcionar un método flexible para introducir modificaciones y comparar las variaciones en el comportamiento térmico del edificio. Este sistema permite mejorar la eficiencia del diseño del edificio y optimizar un comportamiento bioclimático. 3. Analizar los resultados obtenidos y extraer conclusiones sobre el comportamiento energético del edificio. 4. Optimizar el diseño y el comportamiento Pasivo del edificio a través de la proposición de mejoras en el proyecto que disminuyan los consumos. Para alcanzar los objetivos indicados se ha seguido el siguiente procedimiento: ¾ Ubicación, forma y orientación del edificio. ¾ Estimación de consumos de calefacción y ACS del edificio: • Estudio de las características de los distintos cerramientos que forman la envolvente térmica del edificio (materiales, transmitancias, espesores, áreas). Hoja Excel de demanda de ACS y calefacción • Optimización del diseño y comportamiento pasivo del edificio a través de la proposición de mejoras en el proyecto que disminuyan el consumo de calefacción y de ACS. • Cálculo de la superficie de placas solares necesaria, junto con el tipo de captador y el numero de captadores necesarios para obtener la mayor cobertura solar. Hoja Excel de cálculo horario de captadores térmicos. • Herramienta informática. Simulación con LIDER. 18 6. DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO El edificio se divide en dos plantas habitables, además de sótano y gatera. En la planta baja se encuentra la cocina, un aseo, el salón y el pasillo-escalera para acceder a planta primera; y en planta primera esta el dormitorio de matrimonio, dos dormitorios individuales para los niños, un baño y el correspondiente pasillo-escalera. La orientación del edificio esta basada en que tanto el salón como el dormitorio de matrimonio se sitúen cara Sur debido no solo a que son los dos espacios en los que mas horas están habitados sino que también son los dos espacios que tienen mayores ventanales y mayores áreas.(archivos disponibles en el cd. planos y Anexo4. Planos del edificio) A la hora de la construcción de los forjados interiores se ha planteado como idea de partida que los dormitorios, salón y pasillo-escalera tengan como capa superior parquet de madera; siendo para el resto de espacios suelo de baldosa de gres. A continuación se describe brevemente algunos aspectos de la construcción propuesta por los arquitectos de la vivienda unifamiliar: ¾ Estructura: Vertical de pilares metálicos, con cerramientos de muro portante. ¾ Fachada o muro exterior: Formada por hoja exterior de piedra, aislante y hoja interior de bloque. ¾ Tabiquería interior: De tipo pladur. ¾ Ventanas: Cristales con doble cámara de aire, con herrajes limpios y sencillos. ¾ Solados: Resistentes al desgaste y rotura por la climatología. ¾ Forjados internos: como se ha nombrado antes, dependiendo del espacio estará formado por una capa superior de madera o de baldosa, una capa de aislante, entrevigado metálico y un bloque de yeso. ¾ Cubierta: Panel tipo sándwich atornillado a las cerchas que conforman la estructura. Debido a la situación geográfica de Panticosa estamos en una zona climática de Clase E, por lo que los cerramientos del edificio tienen que tener según Código Técnico de la Edificación unas transmitancias máximas (Umax), las cuales son: Muros fachadas: Umax= 0,74 W/m2.K Particiones interiores: Umax= 0,74 W/m2.K Suelos: Umax= 0,62 W/m2.K Cubiertas: Umax= 0,46 W/m2.K Vidrios y huecos: Umax= 3,10 W/m2.K Medianeras: Umax= 1,00 W/m2.K 19 7. ESTUDIO ENERGÉTICO I: DEMANDA DE CALEFACCIÓN. 7.1.CONDICIONES DE SIMULACION CON LIDER 7.1.1 Selección del método. La aplicación LIDER es la implementación informática de la opción general de verificación de la exigencia de limitación de Demanda Energética (HE1), establecida en el Documento Básico de Habitabilidad y Energía del Código Técnico de la Edificación (CTE), ofrecido por el Ministerio de la Vivienda y por el IDEA. En el Anexo3 se puede consultar el Documento Básico (CTE-HE1). El cumplimiento de esta normativa es obligatorio para todos edificios de nueva construcción o reformas mayoritarias. Dada la obligatoriedad de la norma se ha simulado la vivienda unifamiliar de nueva construcción incluyendo todas las mejoras planteadas. 7.1.2 Datos previos. Análisis del edificio y recopilación de la información necesaria para la ejecución de la aplicación. • Zonas climáticas: Se establecen 12 zonas climáticas identificadas mediante una letra, correspondiente a la división en invierno y un número, correspondiente a la división en verano. Nuestro edificio se encuentra en la zona E1 (E: severidad climática de invierno alta; 1: severidad climática de verano baja). • Carga interna: Tenemos un caso de baja carga interna; es decir, poca disipación de calor, ya que estamos en caso de una vivienda residencial • Divisiones en plantas y espacios para su introducción en el programa y clasificación de los espacios del edificio: Uno de los criterios que sigue LIDER para las divisiones del edificio es que la división en espacios debe ser coherente con la definición posterior de los sistemas de climatización. Los espacios interiores de los edificios se clasifican en espacios habitables y no habitables. Los espacios habitables se caracterizan por exceso de humedad interior. En nuestro caso, todas zonas calefactadas se clasifican como espacio habitables (calefactadas o no) y el resto como no habitables, teniendo los habitables una clase de higrometría 3 ya que en estos espacios no se prevé una alta producción de humedad. 20 Tanto el sótano como la buhardilla son zonas no habitables las cuales tienen una clase de higrometría 3 y con un nivel de estanqueidad de 3 y de 2 respectivamente. • Recopilación de todas propiedades de todos materiales y productos de construcción: Descripción: indicamos la localidad, orientación y datos generales del proyecto. Figura 1. Descripción proyecto Base de datos: en la cual se definirán los cerramientos del edificio junto con los materiales que forman cada uno de ellos. Los cerramientos del edificio de incluirán en ‘Cerramientos y particiones interiores’ y en ‘Huecos y lucernarios’. Inicialmente se generan grupos de materiales y luego sus cerramientos o huecos añadiendo capas de la bases de datos de materiales. Figura 2. Base de datos Todos cerramientos junto con los materiales están incluidos en el Anexo6. Materiales y Cerramientos y en los PDF’s del cd.resultados.pdfs. 21 Opciones de diseño: se asigna la composición constructiva de los distintos cerramientos y particiones interiores del edificio, incluyendo los puentes térmicos. Figura 3. Opciones de diseño Definición de geometría 3D del edificio: el proceso de definición de la geometría se realiza sucesivamente planta por planta y de abajo a arriba repitiendo los pasos siguientes. 1. Cargamos los planos de cada planta cuando se definan cada una de ellas (archivos disponibles en el cd. plantasotano.dfx, plantabaja.dfx,…) 2. Creamos planta especificando su cota. 3. Definimos espacios de la planta. 4. Modificamos las condiciones de operación de aquellos espacios cuyas características sean distintas a las definidas por defecto. 5. Definimos particiones horizontales y/o suelo. 6. Levantamos automáticamente los cerramientos y particiones interiores verticales. 7. Definimos huecos de cerramientos, asegurándonos de que se encuentran en ‘’planta actual’’ correspondiente. 8. Definimos cubierta. 9. Calculamos. 7.1.3 Otros datos a considerar. Las infiltraciones están definidas por cada una de las topologías de los huecos, esto puede ser bueno si se conocen en detalle, pero normalmente no se conocen con exactitud y la aproximación a un valor global de infiltraciones es más adecuado. En este caso las infiltraciones tienen un papel importante, ya que la Temperatura exterior en un clima de alta montaña es extremadamente baja, con lo que puede ser un factor importante de pérdidas. Otro parámetro importante en LIDER es el valor de renovaciones horas. LIDER da un valor por defecto de 1 ren/h, para asegurar que no existan condensaciones. Para asegurar la calidad del aire no es necesario poner un valor tan elevado, ya que una ventilación excesiva provocaría grandes pérdidas. El nuevo reglamento es muy exigente con los aislamientos pero también con la ventilación, así que la ganancia gracias a los 22 aislamientos se pierde a causa de la ventilación. En nuestro caso partida tras haber calculado el volumen total habitable (324,6 m3) como los espesores de los forjados interiores, del terreno y el de la cubierta tenemos un volumen de aire del edificio de 287,81 m3, y tener un caudal máximo de 197,71m3/h se obtiene 0,7 ren/h. (cálculos realizados en calculo_de_renovaciones_hora.xcl) Las demandas energéticas deben ser inferiores a las del edificio de referencia tanto para régimen de calefacción (Octubre a Mayo) como para el de refrigeración (Junio a Septiembre). ‘’ Si una demanda es inferior al 10% de la otra, se ignora el cumplimiento’’. El control de condensaciones superficiales para HR media mensual tiene que ser del 80%, además de que la humedad de cada capa se seca en un año y de que la condensación máxima mensual tiene que ser admisible por el aislante. 23 7.2 RESULTADOS CON LIDER Tras calcular el edificio, se muestra la comparación entre demanda de calefacción y refrigeración del edificio objeto con el de referencia, en % y un diagrama de barras. La barra de color azul es para el edificio de referencia, y para el edificio objeto es de color verde si su demanda es menor que la del edificio de referencia o rojo si es mayor. Figura 4. Comparativa demandas Para el caso de partida se observa que prácticamente son iguales las demandas de calefacción del edificio objeto y las de referencia. No tiene sentido el 0,3 % que calcula el programa para la demanda de refrigeración del edificio objeto ya que es evidente que no vamos a necesitar ningún sistema de refrigeración en Panticosa (Huesca), de todos modos esta demanda es menor al 10% y no se tiene en cuenta para la verificación de la normativa -> el edificio CUMPLE la normativa. También podemos consultar el resultado por espacios: Figura 5. Demandas por espacios 24 Además de la superficie de cada espacio y el número de veces que se repite se muestran, tanto para calefacción como para refrigeración: • El % del máximo valor hallado entre todos los espacios (columna de % de máx.). El espacio con mayor demanda ‘’ P02_E03, cocina’’ aparece con 100%. Respecto a este valor, la demanda del resto de espacios representan el % del máximo. Esta columna nos ayuda a localizar los espacios que mayor contribución tienen a la demanda. • El % de la demanda respecto a la de referencia (columna % de ref.). Como para el edificio completo un valor superior al 100% indicaría una demanda superior al de referencia. Además de estos resultados el programa nos proporciona un informe en formato PDF (archivos disponibles en cd.resultados.pdfs) y los valores exactos de la demanda. 25 Coeficiente de pérdidas (b)= 1,71 W/m2.K Coeficiente 2º de pérdidas= 0,009 W/m2.K2 Área útil= 2,14 m2 a= 0,85 Al igual que antes se toma como dato de partida 65º de inclinación y albedo de 0,9. INCLINACION (º) COBERTURA ANUAL (%) 65 63,9 60 64,2 55 64,6 50 64,3 45 64,1 40 63,8 Tabla 4. Colectores de vacío En este caso se ve como la mejor situación es una inclinación de 55º. El precio de la instalación de los colectores es de 1605 €, con un área de 2,1 m2 y un solo colector, para que cumpla normativa RITE. Comprobando ambas situaciones, se elige colectores de vació dado que la cobertura solar anual es mucho mayor, un 20% mayor, a pesar de que el coste de instalación también es mayor. Con lo cual se usara 1 colector solar VIESSMAN VITOSOL 200-D20, inclinado 55º y un volumen de acumulación de 256,8 l. Con una cobertura anual del 64.6%, es decir, cubre casi un 65 % de las necesidades de calefacción. La energía anual cubierta por captador es 1660 kWh/año del total de 2584,5 kWh/año del edificio. Además se colocará con orientación hacia al sur ya que de esa manera se consigue mayor porcentaje de cobertura solar. 32 9. SIMULACION DEL EDIFICIO. CALIFICACION ENERGÉTICA. 9.1 CONDICIONES SIMULACION CON CALENER VYP Para la calificación energética del edificio se usara el programa Calener VYP. Los pasos seguidos para la calificación energética del edificio son los siguientes: 1. Estudiar el sistema de acondicionamiento instalado en el edificio, decidiendo la combinación de elementos del programa (Sistemas, Equipos, Unidades Terminales, Factores de Corrección) que serán necesarios para modelarlo. Han de considerarse los sistemas de Calefacción y de Agua caliente Sanitaria, no siendo necesarios en este caso los de refrigeración, ya que como se ha dicho antes debido al clima existente en Panticosa las demandas de refrigeración son mínimas. 2. Recopilar la información relativa al dimensionado (potencias y rendimientos nominales, caudales, temperaturas de impulsión, rendimientos a carga parcial, etc.) requerida por los elementos del programa. 3. Cargar en el programa el archivo ‘’.cte’’ de definición geométrica y constructiva obtenida con LIDER. La base de datos de la aplicación se divide entre 4 grandes bloques: • Unidades terminales: son los equipos encargados de suministrar a la zona acondicionada la energía final para su acondicionamiento. a. U.T. agua caliente: todo tipo de radiadores, suelos radiantes alimentados por agua caliente, convectores de agua caliente solo usados en calefacción. b. U.T. impulsión aire: rejillas; difusores tangenciales, rotacionales o lineales; toberas, etc. c. U.T. expansión directa: para sistemas en expansión directa multizona para modelar las unidades interiores que suministran frió y calor. 33 Figura 9. Unidades Terminales • Equipos: en la aplicación Calener VYP hay una serie de equipos disponibles, autónomo de aire-aire solo frió, autónomo de aire-aire bomba de calor, calefacción eléctrica joule, caldera eléctrica o de combustible, bomba de calor aireagua, unidad exterior de autónomo aire-aire, acumulador de agua caliente y equipo ideal. Figura 10. Equipos • Sistemas: al igual que sucedía para los equipos en Calener VYP hay una serie de sistemas disponibles, sistemas de de climatización unizona, de calefacción multizona por agua, climatización multizona por expansión directa, climatización multizona por conductos, ACS, Mixto calefacción y ACS. Figura 11. Sistemas 34 • Factores de corrección: la simulación de los equipos se basa en el uso de funciones que suministran el comportamiento del equipo dependiendo de determinadas variables exteriores al mismo. Figura 12. Factores de corrección 35 9.2 RESULTADOS DE LA CALIFICACION ENERGETICA En el caso de partida se ha planteado un Sistema Mixto de ACS y Calefacción con radiadores, con las siguientes propiedades: (archivos disponibles en cd.resultados y cd. calener) ¾ Cobertura solar ACS: 70% ( siendo la mínima contribución solar mínima exigida por el HE-4) ¾ Temperatura de impulsión de calefacción: 80ºC ¾ Temperatura de impulsión sanitaria: 50ºC ¾ Equipo: Caldera Mixta de Gas natural de 20 kW, con un rendimiento de 0,92. ¾ Demanda de ACS: 90 l/día ¾ Radiadores distribuidos en salón ( 4 kW), cocina (1,5 kW), baño planta baja y planta primera ( 0,5 y 1 kW respectivamente), dormitorio matrimonio ( 2,5 kW), dormitorios individuales (2 kW, cada uno), pasillo planta baja y planta primera (1 kW en cada planta) Figura 13. Gráfico Certificación Energética 36 Figura 14. Resultados Calificación Energética Como se puede observar en Figura 13. Gráfico Certificación Energética, nuestra vivienda tiene una calificación B, lo que supone introducir mejorías de eficiencia cuyo retorno de la inversión está aproximadamente en 8 años. Las emisiones resultantes dependen del Consumo de Energía Final y del tipo de energía usada en cada caso, como en este caso usamos Gas Natural en Calefacción y ACS por cada kWh de energía final tenemos unas emisiones de 0.204 kgCO2. Nuestra vivienda en cuestión presenta unas emisiones totales de CO2 de 28.5 kgCO2/m2, siendo las emisiones de CO2 del edificio de referencia de 45.5 kgCO2/m2, lo que permite ver el gran esfuerzo que se ha realizado en el diseño del edificio para disminuir al máximo estas emisiones. En la Figura 14.Resultados Calificación Energética, se muestran tanto las demandas de calefacción y de refrigeración, los consumos de Energía Final, Consumos Energía Primaria y Emisiones de CO2 en calefacción, refrigeración y Agua Caliente Sanitaria tanto del edificio diseñado, como del edificio de referencia. Las demandas del edificio de referencia serían aquellas que se obtendrían con temperaturas y ocupación definidas por LIDER, además los consumos de Energía final y de Energía primaria están en función del rendimiento para temperaturas de confort, usos, cargas, etc. 37 10. MEJORAS PLANTEADAS Se han planteado una serie de mejoras en el edificio, tanto a nivel del tipo de aislantes usados en muros y forjados interno y externo, las renovaciones hora del aire, como en los sistemas energéticos usados, con el fin de obtener una mayor eficiencia del edificio. Con el fin de conseguir ese objetivo se plantea inicialmente disminuir al máximo la demanda energética del edificio, para ello se plantea primeramente aumentar los centímetros de aislamiento tanto del suelo de madera (situado en zonas de salón, pasillo-escalera y dormitorios) como en suelo de baldosa (cocina y baños), además de pasar de 1 renovación hora a 0,7 renovaciones hora y finalmente aumentar y modificar el aislamiento del muro fachada, exterior y cubierta. Tras haber obtenido la mínima demanda energética se plantea disminuir el consumo energético pasando de una caldera convencional a una caldera de condensación y a una caldera de biomasa y como ultima mejora del consumo energético se plantea la posibilidad de colocar un sistema de calefacción con radiadores y suelo radiante. 10.1 MÍNIMA DEMANDA ENERGÉTICA DEL EDIFICIO. Los aislantes usados son EPS poliestireno de 4, 5 y 6 cm. Y XPS cuyas propiedades están indicadas en el Anexo 6. Materiales y Cerramientos. Como primera mejora se plantea modificar el espesor del aislante EPS en el forjado interno y externo y suelo de baldosa, sin modificar el aislante de los muros de fachada y exterior y el de la cubierta, además de pasar de 1 ren/h a 0,7 ren/h. Tras haber realizado la simulación obtenemos los siguientes resultados de demandas de calefacción, observando que el mejor caso se obtiene con 5cm de aislante EPS tanto en suelo de baldosa como en suelo de madera. V ariacion de los espesores del aislante del suelo de madera y baldosa y renovaciones hora 0 20 40 60 80 100 120 10,710,710,7 4 cm de aislante EPS en baldosa y madera 4 cm de aislante EPS en baldosa y madera 4 cm en suelo madera y 5 cm baldosa de aislante EPS 4 cm en suelo madera y 5 cm baldosa de aislante EPS 5 cm de aislante EPS en baldosa y madera 5 cm de aislante EPS en baldosa y madera Espesor EPS y renovaciones hora kWh/m2 demanda calefaccion Emisiones CO2 totales Emisiones CO2 calefaccion Figura 15. Comparativas en espesores en forjados interiores 38 Seguidamente se plantea usar únicamente suelo de baldosa con 5cm de EPS, obteniendo: Con suelo y sin suelo de madera 0 20 40 60 80 100 120 10,710,7 5 cm de aislante EPS en baldosa y madera 5 cm de aislante EPS en baldosa y madera 5 cm de aislante EPS en muro exterior y suelo baldosa 5 cm de aislante EPS en muro exterior y suelo baldosa demanda de calefaccion Emisiones CO2 totales Emisiones CO2 calefaccion Figura 16. Comparativas con o sin suelo madera Y finalmente, tras haber visto que es mejor opción usar suelo de baldosa en todo el edificio, aunque se observa que es algo mayor la demanda de calefacción se obtiene menor emisión de CO2 proveniente de ella lo cual mejora sustancialmente la calificación energética del edificio, se plantea modificar el tipo de aislante de los muros de fachada, exterior y la cubierta, obteniendo: Aislante suelo baldosa y muro 0 20 40 60 80 100 120 1 0,7 1 0,7 1 0,7 5 cm de aislante EPS en 5 cm de aislante EPS en 6 cm de aislante EPS en 6 cm de aislante EPS en Aislante XPS en muro Aislante XPS en muro kWh/m2 Demanda de calefaccion Emisiones CO2 totales Emisiones CO2 calefaccion Emisiones CO2 ACS Figura 17. Comparativas aislantes en suelo y muros externos 39 10.2 MÍNIMO CONSUMO ENERGÉTICO. ¾ Caldera de Condensación: Una Caldera de condensación es un artefacto que produce agua caliente a baja temperatura 40-60°C, con un alto rendimiento y bajas emisiones de CO2 y NOx. son calderas de alto rendimiento (110% PCI), basado en el aprovechamiento del calor de condensación de los humos de la combustión. Esta tecnología aprovecha el vapor de agua que se produce en los gases de combustión y lo devuelve en estado líquido. La caldera de condensación usada será una caldera mural de tipo atmosférico con condensador integrado. (Explicación de características y funcionamiento en Anexo 7. Caldera de condensación) ¾ Caldera de Biomasa: La combustión de la leña para quemar sigue siendo la forma más común de utilizar la biomasa para la calefacción doméstica. Debido a la necesidad de carga manual de los tarugos, las calderas de leña tienen potencia limitada a unas decenas de KW, y su uso más adecuado es la calefacción de casas aisladas de uno o pocos pisos. La caldera de biomasa elegida debida a sus características es una caldera de llama invertida para la combustión de madera en tarugos. (Explicación de características y funcionamiento en Anexo 8. Caldera de biomasa). ¾ Suelo Radiante: El Suelo Radiante es un sistema de distribución del calor adaptable a cualquier fuente de energía, basado en un concepto antiguo de calefacción: instalando en el soldado tubos de polietileno reticulado Pex. Los tubos se colocan de 3 a 5 cm., por debajo de la superficie, con una separación de 10 a 30 cm., entre ellos. Haciendo circular por los tubos agua entre 35 y 45 ºC, el suelo se mantiene entre 20 y 28 ºC y el ambiente entre 18 y 22 ºC. El grado de confort que se consigue con este tipo de calor es ideal. Pensándolo bien, calentamos agua a 40 ºC para mantener la casa a 20 ºC. El suelo radiante elegido será suelo radiante convencional Pex con Gas Natural. (Explicación de características y funcionamiento en Anexo 9. Suelo Radiante). Tras simular el edificio con los distintos sistemas energéticos se obtiene: (Archivos disponibles en cd.resultados, cd.calener y COMPARATIVAS.xcl) 40 EMISIONES CO2 0 5 10 15 20 25 caldera convencional de GN caldera condensacion de GN radiadores y suelo radiante caldera biomasa tipo de sistemas kgCO2/m2 Emisiones CO2 calefaccion Emisiones CO2 ACS emisiones CO2 totales Figura 18. Comparativas equipos Como se observa hay una disminución de emisiones de CO2 al variar de una caldera convencional a una caldera de condensación, y una nula emisión de CO2 al instalar una caldera de biomasa; siendo igual para el caso de la instalación de suelo radiante con radiadores. 41