AMBIENTE HIGROTERMICO RESUMIDO
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i n t r o d u c c i ó n
Acondicionamiento interior y Ahorro de energía en la
edificación
manu rodríguez arquitecto
2S. 2014-2015
• “Satisfacer las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer las posibilidades de las del futuro para atender sus propias necesidades”.
Gro Harlem Brundtland. “Informe Brundtland” 1987.
• Concepto de permanencia respecto a la acción del hombre
• Afecta a toda nuestra actividad • Y debe garantizar:
• Crecimiento ECONÓMICO • Bienestar SOCIAL • Respeto al MEDIO AMBIENTE
¿Qué es la sostenibilidad?
¿Qué es la sostenibilidad? • A mi criterio la sostenibilidad, la viabilidad de nuestra permanencia como
objetivo, es el concepto y a través de una serie de estrategias y herramientas, por primera vez de una forma más o menos global, intentamos hacerla posible.
• Para otros autores dentro del campo de la arquitectura por ejemplo, es p.e. el
concepto de “arquitectura bioclimática” el que tiene vocación de universalidad y el que a su vez, engloba otros conceptos como el de “arquitectura sostenible”, “arquitectura ecológica”, etc.
¿Qué es la sostenibilidad? • Urbanismo sostenible: debería consistir en conciliar las necesidades de
espacio urbano con el mayor respeto al medio natural en el que se proyecta y generando la menor dependencia posible de los recursos que se obtienen en lugares remotos.
• Arquitectura sostenible: es la que atiende las necesidades de habitar y alojar
las diferentes actividades humanas en unas condiciones de confort optimas, procurando el menor impacto medioambiental local y remoto posible, tanto durante su proceso de construcción como durante toda su vida útil y su posterior desaparición.
Medidas tomadas
• RD 235/2013 del 5 de abril “ a partir del 1 de junio de 2013, la presentación o puesta a disposición de los
compradores o arrendatarios del certificado de eficiencia energética (CEE) de la totalidad o parte de un edificio, será exigible para los contratos de compraventa o arrendamiento celebrados a partir de dicha fecha”
• Objeto de certificación: – Edificios de nueva planta – Venta o alquiler viviendas o terciario – Reformas de mas del 25%
Medidas tomadas Directiva 2010/31/UE relativa a la eficiencia energética de los edificios
EXIGENCIAS - Endurecimiento de los requisitos de eficiencia energética en los edificios (envolvente, rendimientos, integración de renovables)
- Requisitos de coste óptimo a considerar en toda la vida del edificio
- Promoción de sistemas energéticos de alta eficiencia
- Requisitos mínimos para la rehabilitación de edificios
“Nearly zero energy buildings” Edificios de consumo de energía casi nulo: edificio con un nivel de eficiencia energética muy alto, […]. La cantidad casi nula o muy baja de energía requerida debería estar cubierta, en muy amplia medida, por energía procedente de fuentes renovables, incluida energía procedente de fuentes renovables producida in situ o en el entorno.
Definición imprecisa. Dependerá del uso y de la zona climática. Está por ver que recogerá la normativa española
Edificios de energía casi nula
• Edificios de energía casi nula (EECN) o nZEB (nearly Zero Energy Building) en principio, son aquellos cuya demanda es muy inferior a la demanda de un edificio convencional, y además esa demanda está satisfecha gracias a fuentes renovables.
• Fecha aplicación. – 2018 edificios oficiales – 2020 resto de edificios
HORIZONTE 20-20-20
• Reducción 20% emisiones de gases de efecto invernadero (respecto a los niveles de 1990 (Kyoto)
• Aumento 20% energía primaria procedente de energías renovables
• Reducción 20% consumo energía primaria (respecto a 2010)
ARQUITECTURA SOSTENIBLE “La arquitectura es el punto de partida del que quiera llevar a la humanidad
hacia un porvenir mejor”
Le Corbusier
• Es aquella arquitectura que busca optimizar el empleo de recursos naturales y sistemas de edificación de manera que se minimice el impacto ambiental sobre el propio medio ambiente y sus habitantes.
• Habíamos dicho que la sostenibilidad era un objetivo que implicaba
a todas las actividades humanas y que además tenía un carácter global (todos los territorios)porque los efectos de las acciones indiscriminadas han sido y son globales…..
¿Qué es la arquitectura sostenible?
• En la arquitectura existen varios movimientos, algunos “espontáneos” otros conducidos por las diferentes normativas de los países que intentan acercarse a ese objetivo…destacan tres de ellos:
• Arquitectura bioclimática • Movimiento passivhause • Dentro de los objetivos para 2020: “edificio de consumo
de energía casi nulo”
• Como corolario o a modo de conclusiones reuniremos en lo que podíamos llamar “arquitectura sostenible” y atendiendo a esa idea integradora en las acciones una serie de recomendaciones recogidas de los movimientos anteriores y otras que seguramente se habrán quedado fuera…..
¿Qué es la arquitectura sostenible?
¿Qué es la arquitectura sostenible? • Los principios de la arquitectura sostenible incluyen:
– Diagnóstico del clima. La consideración de las condiciones climáticas, la hidrografía y los ecosistemas del entorno en que se construyen los edificios
– La eficacia, moderación y reutilización de los materiales de construcción, primando los de bajo contenido energético.
– La reducción del consumo de energía para calefacción, refrigeración e iluminación, mediante medidas pasivas y energías renovables y en ultima instancia mediante sistemas de alta eficiencia.
– Cumplir con los requisitos de confort higrotérmico, salubridad, iluminación y habitabilidad.
– Minimización del balance energético global de la edificación.
• Criterios generales: – Considerando las condiciones de invierno en un edificio:
• Por un lado tenemos los factores externos: T exterior p.e.
• Y factores internos que condicionarán su comportamiento:
• Forma geométrica (factor de forma) • Composición física (incluida la proporción de
vidrio) • Ventilación del edificio: implica perdidas de calor.
• Se requiere un buen nivel de estanqueidad de las ventanas (A3 o superior)
Arquitectura sostenible
• Criterios generales: – Actuaciones básicas para verano:
• Control del sobrecalentamiento • Proporción y orientación de huecos adaptadas al clima • Tratamiento de la quinta fachada: puede ser un elemento que
contribuya también al acondicionamiento interior • Tratamiento de los cerramientos verticales como protectores y
elementos disipadores de calor hacia el exterior • Control de la temperatura efectiva: sensación térmica • La ventilación controlada y todas sus aplicaciones
• Ventilación natural • Ventilación mecánica • Ventilación inducida
• Medidas directas para el enfriamiento: • Enfriamiento evaporativo • Enfriamiento radiante • Enfriamiento conductivo • Enfriamiento convectivo
Arquitectura sostenible
• El clima. Clasificación de los climas Existen clasificaciones muy complejas pero sería suficiente con:
• Climas fríos: necesidades de calefacción más o menos todo el año.
• Climas templados: dos demandas estacionales (variantes: continental, marítimo y de montaña, este último asimilable al clima frío).
• Climas calientes secos: baja pluviometría. Refrigeración (optimo la evaporativa). Diferencias de temperatura día/noche. (free-cooling).
• Climas calientes húmedos: temperaturas mas suaves pero altos niveles de HR (obliga a ventilar y deshumectar)
Conceptos previos
• El clima. Factores climáticos: son fijos e invariables en principio
condiciones inalterables que determinan el clima: • La latitud del lugar: determina la ubicación respecto a la posición
aparente del sol • Latitudes bajas: incidencia muy perpendicular en cualquier época del
año • Latitudes medias: claramente diferenciadas las épocas dela año.
Variación de los ángulos de incidencia. • Latitudes altas: meses sin amanecer y veranos sin anochecer.
Conceptos previos
• El clima. Factores climáticos condiciones inalterables que determinan el clima:
• Factor de continentalidad: la superficie terrestre (tierra y agua) se calienta aunque de forma diferente: la tierra se calienta superficialmente y se transmite hacia las capas inferiores pero no más allá de los dos metros para los efectos de un día y no más allá de los 15-20 metros para los efectos anuales. Se calentará durante el día y se enfriará también rápidamente durante la noche. Esto afectará al aire de su entorno
las grandes masas de agua, como fluido reequilibran constantemente su temperatura. Su temperatura superficial, será en general más baja y estable.
consecuencias: zonas continentales con climas más extremos (días y veranos calurosos y noches e inviernos fríos) y zonas costeras climas más suaves….
aunque niveles de humedad elevados
Conceptos previos
• El clima. Factores climáticos condiciones inalterables que determinan el clima:
• Factor orográfico: sobre todo en lo que se refiere a la presencia de barreras montañosas que interrumpen el paso del aire redirigiéndolo a otras zonas y generan dos microclimas por las diferencias en la insolación en ambos lados de la barrera.
Conceptos previos
• El clima. Factores climáticos condiciones inalterables que determinan el clima:
• Temperatura de la superficie del mar: en algunas zonas del planeta la temperatura del mar es anormalmente baja o alta, lo que genera microclimas diferenciados de otras zonas similares. (p.e. corriente del golfo de Méjico) que hace mas templados los inviernos de la Europa Occidental frente a lugares de la costa este americana de igual latitud.
Conceptos previos
• El clima. Factores climáticos condiciones inalterables que determinan el clima:
• Altitud respecto al nivel del mar: el gradiente de la temperatura del aire puede ser de varios grados por metro, por lo explicado antes, de que es la tierra (el suelo) la que calienta al aire……con la altitud la atmosfera se vuelve más nítida por lo que disminuye la posibilidad de calentamiento directo de sus partículas. Debido a todo esto se puede comprobar que la temperatura del aire más próximo al suelo disminuye entre 0,5 y 1ºC por cada 100 metros de altitud respecto al nivel del mar. (el clima de montaña es frio independientemente del lugar de la tierra en que se encuentre)
Conceptos previos
• El clima. Factores climáticos condiciones inalterables que determinan el clima:
• Naturaleza de la superficie de la tierra: su composición, color y estructura, influye en su calentamiento.
• Si la superficie es inerte (natural o artificial) el calentamiento será mayor, así como el enfriamiento que también será más intenso
• En este tipo de superficies inorgánicas la permeabilidad al agua es menor y los efectos de la escorrentía superficial (erosión) transformará su estructura.
• Las superficies vegetadas mantienen más estable la temperatura superficial y su permeabilidad es mayor (escorrentía subterránea y recarga de acuíferos). Su transformación implica la transoformación del clima del lugar.
Conceptos previos
• El clima. Factores climáticos condiciones inalterables que determinan el clima:
• Propiedades físicas de la atmosfera: es decir, temperatura del aire, humedad, presión atmosférica, viento y radiación solar recibida.
• Normalmente se toman valores máximos y mínimos diarios y con ellos valores promedio diarios que a su vez utilizamos para obtener los valores medios mensuales.
• Viento y radiación requieren tratamientos especiales de sus datos…..
Conceptos previos
• El clima. Factores climáticos condiciones inalterables que determinan el clima:
• Fenómenos meteorológicos: precipitaciones de lluvia o nieve, nubes y nieblas…
• Índice de nubosidad ≤ 0,2 se considera día despejado. Si es ≥ 0,8 día cubierto. Entre 0,2-0,8 nuboso.
• Índices de precipitación con valores máximos y medias diarias mensuales y anuales.
• Un dato también importante es el de días de lluvia. • Los datos históricos con periodos de retorno que alcanzan los 500
años son de gran utilidad en los cálculos de diferentes instalaciones e infraestructuras y en general en la planificación urbanística.
Conceptos previos
• El clima. Factores climáticos condiciones inalterables que determinan el clima:
• otros: • Composición química: de la atmosfera y de las precipitaciones • Unidades eclógico-agrícolas: fauna y flora autóctonas y explotaciones
agropecuarias propias • Unidades paisajísticas: paisajes generados por un clima determinado:
bosque, desierto,….
Conceptos previos
• El clima. Parámetros elementos climáticos (variables en el mismo lugar)
Según Olgyay las que afectan al confort térmico son: • Temperatura • Humedad • Radiación solar • Movimiento del aire
De las estaciones meteorológicas podemos obtener….. • Temperatura seca • Humedad relativa • Movimiento del aire • Radiación solar • Horas de sol • Precipitación • Nubosidad • ……………
Conceptos previos
Temperatura exterior
aemet atlas
climático Conceptos previos
Humedad exterior
aemet atlas
climático Conceptos previos
CURSO: DISEÑO PASIVO EN ARQUITECTURA SOSTENIBLE Y ENERGÉTICAMENTE EFICIENTE
Radiación solar
horas de sol
Posición del sol
aemet atlas
radiación Conceptos previos
Radiación solar
aemet atlas
radiación Conceptos previos
winfind rosa
vientos
Velocidad, dirección del viento y reparto para un periodo
Conceptos previos
Valores de precipitación
aemet atlas
climático Conceptos previos
Valores de precipitación
aemet atlas
climático Conceptos previos
Magnitudes derivadas o elaboradas: 1. Grados día: Grados-día de un período determinado de tiempo es la suma, para
todos los días de ese período de tiempo, de la diferencia entre una temperatura fija, o base de los grados-día, b, y la temperatura media del día, cuando esa temperatura media diaria sea inferior a la temperatura base, a.
normalmente, a = b (España 15/15, Alemania 18/18)
Conceptos previos
Magnitudes derivadas o elaboradas: 1. Grados día: se utilizan para conocer las necesidades de acondicionamiento en
un determinado clima tanto para verano como para invierno.
Conceptos previos
Magnitudes derivadas o elaboradas: Severidad climática
invierno verano
El rigor climático contempla la radiación
Conceptos previos
Magnitudes derivadas o elaboradas: Severidad climática
Si se divide la demanda energética de un edificio dado en cada localidad por la demanda energética en una localidad en concreto, se obtiene la relación entre los climas de dichas localidades.
Esta relación es el “Rigor Climático” asociado a ese edificio.
Burgos -21.373 1.9
Soria -18.427 1.6
Segovia -15.945 1.4
Madrid -11.412 1.0
Bilbao -11.097 1.0
Barcelona -7.782 0.7
Sevilla -3.769 0.3
Cádiz -2.362 0.2
Conceptos previos
Zonificación climática: simbología de invierno (x) y verano (Y)
SEVE
RID
AD C
LIM
ATIC
A VE
RAN
O
A4 B4 C4
A3 B3 C3 D3
C2 D2
C1 D1 E1
SEVERIDAD CLIMATICA INVIERNO
invierno
verano
Conceptos previos
Zonificación climática:
INVIERNO
Datos de capitales de provincia. Hay que subzonificar
Conceptos previos
El ambiente
ambiente higrotérmico 46 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Definiciones
Demanda térmica del edificio durante un periodo de tiempo Es la energía térmica de calefacción y refrigeración que debe proporcionar el equipo
encargado de su acondicionamiento durante ese periodo de tiempo. Se mide en W·h Difícil de estimar, pues supone conocer el régimen de funcionamiento de los equipos de
acondicionamiento. Consumo energético de un edificio durante un periodo dado Es la energía consumida por el sistema en el acondicionamiento higrotérmico del edificio
durante ese periodo de tiempo. Se mide en W·h. Equivale a eficiencia energética
objetivo: Limitar el consumo en los edificios. ¿En donde ?:
calefacción refrigeración acs iluminación
Expresión del consumo energético:
eficiencia energética consumo
ambiente higrotérmico 47 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
reducción del consumo: reducción de la demanda:
• minimizar las pérdidas y ganancias por la envolvente • cuidar índice de forma • buscar la mejor orientación • adecuar los criterios de implantación. • temperaturas de confort razonables • personalización de horarios • etc…
elección adecuada de sistemas: • no todos los equipos tienen el mismo rendimiento (centralización, factor de escala) • dimensionado y cálculo adecuado de equipos (ej. emisores/m2) • etc…
uso de sistemas alternativos (energías renovables): • energía solar • energía geotérmica • etc…
ambiente higrotérmico 48 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
reducción del consumo: demanda Índice de forma o superficie específica :
Cuando las condiciones climáticas exteriores son distintas de las deseables en el interior de los edificios, deben reducirse los intercambios de calor por transmisión en régimen estacionario, en el sistema edificio-entorno. Si se tiene en cuenta que en la edificación se trata de conservar la energía térmica en el interior y que las pérdidas por transmisión se producen por la envolvente, la relación entre superficie que pierde energía y el volumen en que debe conservarse, es un índice de su funcionamiento térmico.
VSSE =
SE superficie específica (m-1), S superficie envolvente, (m2), V volumen contenido por la superficie, (m3).
modelo de ciudad
ambiente higrotérmico 49 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
reducción del consumo: demanda exposición, abrigo Es muy importante considerar la exposición de los edificios a los elementos meteorológicos. Si están abrigados consumen menos Si están expuestos necesitan mucho mayor aislamiento. Necesidad de recuperar el diseño de los espacios urbanos
Abrigados expuestos
ambiente higrotérmico 50 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Concepto de ciudad
reducción del consumo: rendimiento aumento del rendimiento en sistemas
convencionales: •factor de escala:
ambiente higrotérmico 51 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
reducción del consumo: aumento del rendimiento en sistemas convencionales: • factor de escala:
sistemas de producción: •unitarios •centralizados:
•Individuales •Colectivos
ESCALA: edificio – barrio - urbana
ambiente higrotérmico 52 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
reducción del consumo: aumento del rendimiento en sistemas convencionales: • factor de escala:
• Consideraciones energéticas – Mejora en el rendimiento energético entre el 30%-40%. – Perdidas en temperatura despreciables. Sistema muy fiable. – Mejores precios de combustibles
• Consideraciones Medioambientales – Concentración de los puntos de emisión. Mayor control. – Reducciones de CO2 de hasta el 40% – Reducciones sustanciales de otros agentes contaminantes: NOx,
hollines, y las que se producen se pueden alejar de los espacios habitados y/o controlar o tratar más fácilmente.
• Consideraciones económicas – Mas del 60% de las calefacciones del norte europeo son
centralizadas. – Inversión a cargo de los Operadores. Pueden ser cooperativas,
entidades Municipales etc. – Sustancial ahorro para los usuarios. Se paga lo que se consume.
• Otras – ventajas estéticas (no hay conductos ni elementos de fachada) – Mayor disponibilidad de espacio (No hay sala de calderas etc.) – ventajas de seguridad. No tenemos almacenado combustible en el
edificio (Responsabilidad legal de uso y mantenimiento) – Menor mantenimiento más regular y normalizado.
ambiente higrotérmico 53 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
reducción del consumo:
aumento del rendimiento en sistemas convencionales: • factor de escala:
LA CIUDAD EFICAZ ENERGÉTICAMENTE: HELSINKI (FINLANDIA)
I M P A C T O •El rendimiento del suministro de energía subió del 40% al 80%. •El sistema cubre el 90% de los edificios de Helsinki. •El consumo específico de calor disminuyó un tercio. •El contenido de dióxido de sulfuro de la atmósfera urbana disminuyó un 80%. •Las emisiones de óxido de nitrógeno disminuyeron un 40%.
ambiente higrotérmico 54 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
limitación de la demanda
ambiente higrotérmico 55 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
limitación del rendimiento
ambiente higrotérmico 56 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
limitación del consumo
ambiente higrotérmico 57 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
ambiente higrotérmico 58 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
El consumo de energía en los edificios: Consumo de energía en la edificación (por sectores):
•Por lo general (salvedad geográfica) gran importancia de la calefacción en el residencial.
•Gran importancia de la refrigeración en el terciario pudiendo llegar a la ausencia de calefacción.
ambiente higrotérmico 59 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Los flujos de calor no conducen de manera espontánea a una situación de confort
ambiente higrotérmico 60 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
• La arquitectura bioclimática busca la relación armoniosa de los tres conceptos: clima, arquitectura y seres vivos.
• analiza las necesidades de
confort del hombre y aprovecha al máximo la condiciones del clima en que se va a situar la arquitectura para dar respuesta a esas necesidades minimizando los impactos.
• el concepto ha ido incorporando con el tiempo implicaciones ecológicas, de salubridad y buenas prácticas constructivas…..
¿Qué es la arquitectura bioclimática?
• Se basa en la adaptación a las condiciones climáticas del entorno y en el aprovechamiento de los recursos disponibles (como sol, vegetación, lluvia, vientos) para inducir un acondicionamiento óptimo a la vez que disminuimos los impactos ambientales (sobre todo remotos).
• Punto de partida: el Clima y las condiciones de entorno • Aprovechar el conocimiento de la arquitectura popular: arquitectura
bioclimática como arquitectura popular evolucionada • A partir de ahí, integración, personalización y adaptación
arquitectura bioclimática
Conviene recordar aquí los efectos nocivos de la descontextualización arquitectónica que nació con el movimiento moderno y que perduran
• La arquitectura bioclimática implica: – Aceptación de los principios de sostenibilidad en lo que se refiere a
materiales y procesos constructivos – Gestión energética eficiente:
• Captación, Acumulación y redistribución de energías renovables (tanto de forma pasiva como activa)
– Integración paisajística
arquitectura bioclimática
• Critica a la arquitectura bioclimática : – Se centra como la mayoría, princialmente en los recursos energéticos – Su repertorio no considera con igual énfasis aspectos esenciales como
son: • la gestión del recurso agua • la producción y gestión de R.S.U. • Confort acústico (se menciona en manuales pero sin aplicación) • Los impactos locales y ciclo de vida de materiales
arquitectura bioclimática
Arché Taller, estudio de arquitectura especializado en bioclimatismo. proyecto bioclimático de vivienda soterrada en Aragón. 2009
• Frente a los métodos tradicionales de sostenimiento del confort interno mediante sistemas de acondicionamiento tradicionales …..LA CAFETERA
• La idea passivhaus propone conseguir un fuerte aislamiento para mantener las condiciones interiores
….. EL TERMO
¿Qué es una casa pasiva?
• Objetivo del estándar es limitar la demanda de energía independientemente de la zona geográfica a: – CALEFACCIÓN : <15 kW·h/m2 año – REFRIGERACIÓN: < 15 kW·h/m2 año – Conseguir una CARGA DE FRÍO Y CALOR <10 W/m2 – ESTANQUEIDAD: <0,6 renovaciones por hora con una
presión/depresión de 50 Pa (se exige ensayo) – ENERGÍA PRIMARIA TOTAL <120 kW·h/m2 año – TEMPERATURAS SUPERFICIALES INTERIORES en invierno >17 ºC
Edificios pasivos. Bases
< 15 kW·h/m2 año > 17 ºC
< 120 kW·h/m2 año
< 15 kW·h/m2 año
< 0,6 renovaciones
CTE HE
• Se trata de un estándar de construcción que pretende un elevado confort interior en invierno y verano con un consumo de energía muy bajo
• Basa su esfuerzo en reducir al máximo la demanda de energía de los edificios y su principal valor es el RIGOR del diseño y cálculo de proyectos y de la ejecución de las obras.
• Motivo de explosión de la construcción de hogares en Alemania y Austria, donde nace el sello PassivHaus
¿Qué es una casa pasiva?
• Representa el máximo exponente entre los métodos constructivos de baja demanda energética del edificio en uso, durante su vida útil.
• Deberán sumarse otros criterios que todavía no se contemplan como: – Control sobre:
• Consumo de recursos y energía durante el proceso de transformación
• Transporte • Colocación de los materiales de construcción • Posibilidad de recuperación de materiales • Proximidad de las zonas de abastecimiento.
¿Qué es una casa pasiva?
Madera, material apropiado para casas pasivas debido a su carácter recuperable.
Corcho material comúnmente usado debido a su alta capacidad de aislamiento y por su carácter también de recuperable.
Casa activa vs. Casa pasiva
1. Sol de verano 2. Sol de invierno 3. Grandes ventanales 4. Pantallas inteligentes 5. Puentes térmicos 6. Control domotizado 7. Sondas geotérmicas 8. Sistemas de aire acondicionado
9. Grandes ventanales 10. Permeabilidad del aire no
controlada 11. Aire fresco continuo desde
exterior 12. Recuperador de calor
1. Protección solar pasiva 2. Sol de verano 3. Sol de invierno 4. Grandes aberturas hacia el sol
de invierno 5. Puentes térmicos minimizados 6. Ventilación nocturna en verano 7. Suministro de aire fresco 8. Cerramientos altamente
aislados 9. Alta masa térmica 10. Recuperador de calor de alto
rendimiento 11. Limitación de la permeabilidad
del aire 12. Pequeñas aberturas a norte
Esquema casa activa contemporánea Esquema casa pasiva contemporánea
• Se pretende elevado confort interior con consumo de energía muy bajo.
• Para ello se propone: – Alto grado de aislamiento – Control riguroso de los puentes
térmicos – Control infiltraciones de aire no
deseadas – Carpinterías de gran calidad – Aprovechamiento óptimo del
soleamiento – Ventilación mecánica con
recuperador de calor, para conseguir una buena climatización sin necesidad de otros sistemas.
Edificios pasivos
Aislamiento térmico Puentes térmicos Carpinterías
Aprovechamiento solar Ventilación mecánica con recuperador de calor
No olvidar que se trata de un movimiento que nace en centroeuropa
• Superaislamiento – Una buena envolvente térmica
parte de la base de un buen aislamiento térmico, con espesores que doblan o triplican los usados tradicionalmente (ya no están tan lejos de nuestro CTE)
– Ejemplo para una fachada de 100 m2 con diferente aislamiento
Edificios pasivos. Principios básicos
• Eliminación de puentes térmicos – Son aquellos puntos en el que
la envolvente de un edificio se debilita debido a un cambio de su composición o al encuentro de distintos planos o elementos constructivos.
• Control de infiltraciones – De esta forma el edificio puede
ser calefactado mediante la ventilación mecánica con recuperación de calor + cargas internas, sin aporte externo o en su caso, un mínimo aporte.
Edificios pasivos. Principios básicos
• Ventilación mecánica con recuperación de calor – Es la pieza clave. Recoge el
calor que transporta el aire interior y los trasfiere al aire fresco que se recoge del exterior, atemperado, filtrado y en perfectas condiciones higiénicas
• Ventanas y puertas de altas prestaciones – Son las zonas más débiles de
la envolvente. Por ello deberán ser con dobles juntas de estanqueidad, vidrios bajo emisivos dobles o triples con gases nobles o geles(menor transparencia) en cámaras.
Edificios pasivos. Principios básicos
• Optimización de las ganancias solares y del calor interno – Aprovechamiento de las
ganancias de calor internas generadas por las personas, los electrodomésticos y la iluminación forman parte del balance energético del edificio. Durante “todas las estaciones”
• Modelización energética de ganancias y pérdidas – Se realiza mediante el software
PHPP (PassivHaus Planning Package)
hay que pagar!!!!!
Edificios pasivos. Principios básicos
Edificios pasivos. Bases
Demanda para calefacción en uso residencial Demanda para refrigeración en uso residencial
Valores oficiales de viviendas unifamiliares en España mediante LIDER
• Demanda de calefacción < 15 kW·h/m2 año. Es el resultado del balance entre pérdidas y ganancias de calor. – Pérdidas por transmisión a través
de la envolvente térmica (incluidos puentes térmicos) y por infiltración, a través de rendijas, por ventilación, etc. Pueden superar el 40% del total.
– Ganancias, debidas a fuentes de calor interna y ganancias solares.
• Cargas internas: 2,1 W/m2 en vivienda asumiendo los 35 (o 30) m2/persona que toma por defecto el programa PHPP.
• Consecuencia: estos edificios puede ser calefactados sólo con ventilación y recuperador.
Edificios pasivos. Bases
Pérdidas
Ganancias
• Demanda de refrigeración < 15 kW·h/m2 año. Los elementos más importantes – Sombreamiento, mediante
máscaras de sombras. De esta manera podremos diseñar protecciones solares que permitan el paso de la radiación en los meses de invierno y bloqueen dichas radiaciones en verano, cuando no son necesarias.
– Free-cooling, mediante los recuperadores de calor con bypass
Edificios pasivos. Bases
Alero. Protección horizontal
Lamas. Protección horizontal
Toldo. Protección vertical
• Estanqueidad < 0,6 ren/h. Se realiza mediante un ensayo de estanqueidad al aire (test Blowerdoor) – Una vivienda construida
cumpliendo el CTE está entorno a las 3 ren/h mientras que una anterior está en las 10 ren/h
Edificios pasivos. Bases
succión impulsión
Imagen térmica hueco puerta.
• Valor específico de energía primaria <120 kW·h/m2 año – Considera la energía primaria
tanto la electricidad como la electricidad auxiliar.
– Un valor poco exigente actualmente.
• Sobrecalentamiento. – Problema para climas cálidos. – 10% el valor porcentual de
sobrecalentamiento aceptable, aunque es modificable por el usuario.
Edificios pasivos. Bases
• Funcionen de forma pasiva, como un termo, conservando el calor o el frío gracias al aislamiento térmico.
• Necesario definir de forma precisa la envolvente térmica. Esta debe ser continua puesto que sino aparecen los puentes térmicos.
• No exige espesor • Valor de U de 0,3 W/m2·K
Edificios pasivos. Envolvente opaca
Comparación espesores necesarios
• Estanqueidad – Hermeticidad al aire, para evitar
cualquier infiltración indeseada. – Principio más importante “la regla del
lápiz”. – La piel del edificio debe ser dibujada
sin interrupciones en cada sección (horizontal y vertical).
– Se diseña solo una capa de estanqueidad (no dos paralelas)
– Carácter permanente, que tenga durabilidad durante la vida útil del edificio.
Edificios pasivos. Construcción
• Materiales que consiguen construcción hermética – Construcciones de fábrica y hormigón.
Necesario recubrir con un tipo de enlucido la construcción de fábrica porque la junta de mortero no es hermética
– Láminas herméticas, que pueden ser de plástico, elastómeros, bitumen o derivados del papel. NO pueden ser perforadas
– Tableros de fibra de yeso, cartón-yeso, fibra de cemento, chapas y tableros de madera
Edificios pasivos. Estanqueidad
No es estanca Es estanca
Casa Entreencinas
4 ejemplos diferentes 1. Protección solar: persianas
graduables 2. Um=0,.7 W/m2K; Uv=0,6 W/m2K;
g=0,5-0,6 3. Alta inercia térmica 4. Orientación sur 5. Alta compacidad 6. Aislamiento cubierta: 14cm 7. Aislamiento paredes: 10cm 8. Hermeticidad al aire n50=0,6/h 9. Sin PT 10. Ventilación: 0,3/h
(rendimiento=90%) 11. Paredes y cubiertas oscuras 12. Aislamiento solera: 7cm Madrid
1. Protección solar: sólo ultima planta 2. Um=1,67W/m2K; Uv=1,1 W/m2K;
g=0,5-0,6 3. Alta inercia térmica 4. Orientación sur 5. Alta compacidad 6. Aislamiento cubierta: 14cm 7. Aislamiento paredes: 10cm 8. Hermeticidad al aire n50=1,5/h 9. Sin PT 10. Ventilación: 0,3/h
(rendimiento=90%) 11. Paredes y cubiertas oscuras 12. Sin aislamiento solera
Lisboa
1. Protección solar: grandes voladizos 2. Um=1,6W/m2K; Uv=2,4 W/m2K;
g=0,3 3. Materiales alta captación humedad 4. Orientación norte 5. Baja compacidad 6. Aislamiento cubierta: 8cm 7. Aislamiento paredes: 4cm 8. Hermeticidad al aire n50=1,5/h 9. PT controlados 10. Ventilación: sin recuperación de
calor día 0,3/h noche 0,15/h 11. Paredes y cubiertas claras 12. Sin aislamiento solera
Río de Janeiro
1. Protección solar: sólo última planta 2. Um=1,6 W/m2K; Uv=1,1 W/m2K;
g=0,5-0,6 3. Alta inercia térmica 4. Alta compacidad 5. Aislamiento cubierta: 14cm 6. Aislamiento paredes: 10cm 7. Hermeticidad al aire n50=1,5/h 8. Sin PT 9. Ventilación: 0,3/h sin recuperación
de calor 10. Paredes y cubiertas oscuras 11. Sin aislamiento solera
Ciudad de México
• Perspectivas de futuro – En España la mayoría de los edificios están construidos sin aislamiento
adecuado, lo que conlleva un gran impacto económico durante su fase de uso.
• ¿Cómo? – Termografía, para hacer un análisis de las deficiencias en el aislamiento y
puente térmico. – Análisis termoflujométrico, permite determinar el flujo de calor que
realmente pasa a través de un cerramiento y la transmitancia térmica del mismo.
Edificios pasivos. Rehabilitación
• Ejemplo – Tevesstrasse, Frankfurt am Main
(2005-2006) – Reducción de la demanda de
calefacción de un 94%
• Actuaciones: – Mejora muros con aislamiento
exterior y acabado – Aislamiento forjado de la planta
baja en contacto con el sótano – Modificación de la distribución en
planta para lograr viviendas de mayor calidad
– Sustitución de ventanas por unas nuevas de triple vidrio
– Ventilación con recuperador de calor
– Reducción puentes térmicos
Edificios pasivos. Rehabilitación
• La monitorización del edificio arroja resultados sensiblemente mejores que los calculados. La energía consumida en calefacción fue de 15,5 kWh/m2a para una temperatura interior media de 21,7ºC
Edificios pasivos. Rehabilitación
Passive Hause Ejemplos
• Casa EntreEncinas (DUQUEYZAMORA arquitectos) – Situada en Villanueva de Pría (Asturias) – Superficie útil 131 m2 – Compacto, abierto a sur como captador solar – Modelo arquitectura tradicional asturiano (galería captadora invierno,
terraza verano)
Passive Hause Ejemplos
• Casa EntreEncinas (DUQUEYZAMORA arquitectos) – Fachada: madera laminada KLH (6%) con 160mm de aislante de
corcho. U=0,2 W/m2 K – Cimentación: Losa de hormigón con 100mm aislamiento de vidrio
celular y 60mm de aislante de corcho. U=0,24 W/m2 K – Ventana.
• Marco madera pino con rotura de puente térmico, Umarco=1,3 W/m2 K • Vidrio climaguard 4/16/4 cara interior 90% argón Uvidrio=1,27 W/m2 K
– Cubierta. Compuesta por una capa de polipropileno que está en toda la envolvente del edificio + aislamiento 160mm corcho (80mm continuos + 80 mm en rastreles). U=1,3 W/m2 K
Passive Hause Ejemplos
• Casa Lasarte (ARKE arquitectos) – Situada junto a los Montes de Vitoria – Superficie útil 314 m2
Passive Hause Ejemplos
• Casa Lasarte (ARKE arquitectos) – Fachada: ventilada de madera de cedro americano traa con
lasures de componentes naturales, con 240mm de termoarcilla, trasdosado de pladur 90mm aislamiento. U=0,24 W/m2 K
– Cimentación: solera 200 mm hormigón con poliestireno extruido 40 mm. U=0,37 W/m2 K
– Ventana. • Marco madera lamina con rotura de puente térmico, Umarco=1,4
W/m2 K • Vidrio climalit Saint Gobain 4/16/4 cara interior 90% argón
Uvidrio=1,4 W/m2 K – Cubierta. Cubierta vegetal con 80 mm de poliestireno
extruido + banda perimetral de 600mm de lana de vidrio. U= 0,33 W/m2 K
Passive Hause Ejemplos
• Casa Zaranda (LAR arquitectura) – Situada en Aljaraque, Huelva – Superficie útil 659 m2
Passive Hause Ejemplos
• Casa Zaranda (LAR arquitectura) – Fachada: U=0,33 W/m2 K – Cimentación: U=0,50 W/m2 K – Ventana.
• Umarco=1,6 W/m2 K • Uvidrio=1,6 W/m2 K
– Cubierta. U= 0,18 W/m2 K
Passive Hause Comparación
EJEMPLO Uenvol Ucimen Uvidrio Umarco Ucubierta
CASA ENTREENCINAS 0.2 0.24 1.27 1.3 0.2
CASA LASARTE
0.24 0.37 1.4 1.4 0.33
CASA ZARANDA
0.33 0.50 1.6 1.6 0.18
REFERENCIA
0.55 1.6 2.5 2.2 0.95
Vivienda convencional Fachada: 1 pie ladrillo + 40mm aislamiento + ½ pie ladrillo hueco + enfoscado U=0,55 W/m2 K Cimentación: losa 30 cm con solera de 20 cm Ventana. Marco PVC SRPT con vidrio climalit planitherm 4-6-4
Umarco=2,5 W/m2 K Uvidrio=2,2 W/m2 K
Cubierta. Cubierta invertida aislamiento 60mm con impermeabilizante y grava en la parte superior. U= 0,95 W/m2 K
ambiente higrotérmico 97 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Objeto de la climatización Mantener los ambientes interiores en condiciones de confort durante todo el año, controlando la
• temperatura, • humedad, • velocidad, • presión (a veces) y • pureza
del aire en la zona ocupada, pudiendo adaptarse a situaciones de carga parcial, y asegurándose que se cumplan requerimientos de: emisión controlada de residuos y ruidos emisión de CO2 y ahorro energético.
Proyectar = delimitar recintos de aire • Exigencia de calidad higrotérmica: aire “acondicionado”, “tratado” (CLIMATIZACIÓN) • Exigencia de salubridad: aire “aire” (VENTILACIÓN)
Proyectar = definir una envolvente adecuada a un clima • Exigencia de calidad higrotérmica de la envolvente: influencia en la demanda térmica y
en el confort
ambiente higrotérmico
ambiente higrotérmico 98 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
ambiente higrotérmico
Ambiente higrotérmico: definición física Estudio mediante variables físicas: Temperatura del aire Estudio conjunto: Higrometría (Aire húmedo) Humedad del aire Velocidad del aire, vair, Temperatura radiante de los cerramientos Tmr,
Zona ocupada Dentro de ella se cumplirá la exigencia de calidad térmica del RITE 2007-act abril 2013 (temperatura y humedad relativa), sin existir incomodidades locales debidas a excesiva velocidad del aire, gradiente de temperatura o asimetría radiante con las paredes.
No pueden ser consideradas como zonas ocupadas los lugares en los que puedan darse importantes variaciones de temperatura con respecto a la media y pueda haber presencia de corrientes de aire, como son las siguientes: 1) zonas de tránsito 2) zonas próximas a puertas de uso frecuente 3) zonas próximas a cualquier tipo de unidad terminal que impulse aire 4) zonas próximas de aparatos con fuerte producción de calor
ambiente higrotérmico 99 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
ambiente higrotérmico
Magnitudes a) Índices de humedad - Humedad específica, q (gvapor/kgaire) - Razón de mezcla, w (gvapor/kgaire seco) - Presión de vapor, pv (mbar) pvSAT es la máxima pv para una T dada - Humedad relativa, HR (%). Es la relación pv / pvSAT - Humedad absoluta, a (gvapor/m3
aire) b) Índices de temperatura - Temperatura seca, Ts (ºC) - Temperatura húmeda, Th (ºC) Ts > Th > Tr - Temperatura (punto) de rocío, Tr (ºC) c) Otros índices - Entalpía específica, h (kJ/kgaire, Wh/kgaire) - Volumen específico, v (m3
aire/kgaire)
Fundamentos de higrometría Estudio del vapor de agua en el aire, en cantidad variable que depende de la temperatura.
ambiente higrotérmico 100
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
ambiente higrotérmico
Diagramas psicrométricos: Son representaciones gráficas de las relaciones entre las variables higrométricas Se construyen, para cada patm, con:
- Temperatura seca - Humedad relativa - Temperatura húmeda - Entalpía específica - Volumen específico - Presión de vapor - Razón de mezcla
Cada estado posible del aire se representa mediante un punto del diagrama Basta conocer dos variables para determinar el resto
58I-13 Diagrama psicrométrico
ASHRAE
Cada estado posible del aire se representa mediante un punto. Basta conocer dos variables para determinar el resto
ambiente higrotérmico 101
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
ambiente higrotérmico
ambiente higrotérmico 102 introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
ambiente higrotérmico
Enfriamiento a pv cte. En el 100% de HR, Tr
Humidificación a T cte. En el 100% de HR, PvSAT
Saturación adiabática Enfriamiento y
humidificación a Th cte
Transformaciones elementales del aire
Tr
pvSAT
Th
OJO: Siempre Ts > Th > Tr
Ts Ts Ts
ambiente higrotérmico 103
El cuerpo humano es una máquina que requiere energía, y que la obtiene de los alimentos.
Se queman en el organismo con el oxígeno del aire (respiración) y producen dióxido de carbono
Consume la energía en el crecimiento, el movimiento y los procesos metabólicos propios del cuerpo.
La energía residual, el calor, se utiliza para mantener el cuerpo a una temperatura determinada, la adecuada para los procesos antes descritos.
Disipación del calor sobrante
El cuerpo disipa el calor sobrante por la piel, órgano encargado de regular el intercambio, para que la temperatura interna se mantenga constante a 36,5 ºC.
Si pierde demasiado, el riego perimetral disminuye, para disminuir la temperatura superficial de la piel y conservar el calor interno. Si el frío es intenso, la piel puede perder el necesario riego y entonces muere: sabañones. Si es todavía mayor se necrosarán los órganos periféricos: orejas, nariz, dedos… y se puede llegar a la muerte por congelación.
Si sobra calor, el riego aumenta, la piel enrojece: sofocos, e incluso cambia de color a otro más oscuro para poder reemitir después el calor adquirido. En el extremo se llega al “golpe de calor” con daños cerebrales que pueden llevar a la muerte.
El cuerpo humano
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Balance térmico
El cuerpo intercambia calor con el ambiente por los cuatro procesos
• Convección
• conducción
• Radiación
• Evapotranspiración
En los tres primeros procesos, el intercambio depende de la diferencia de temperatura entre la piel y el ambiente.
Si la producción de calor es mayor que las pérdidas, se siente calor. En caso contrario se siente frío.
Producción de calor (basal + trabajo)= pérdidas por transmisión + pérdidas por convección +/- pérdidas por radiación + pérdidas por evapotranspiración y respiración
ambiente higrotérmico 104
El cuerpo humano
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Formas de intercambio de calor
conducción: es el intercambio de calor con los objetos con los que se está en contacto directo: pies descalzos. Los árabes usaban este proceso en Andalucía, durmiendo en camas de azulejos.
convección: es intercambio de calor mediante un fluido: p.e., el aire se calienta en contacto con la piel y disminuye su densidad, por lo que asciende sobre el resto del aire del entorno.
radiación: el calor se intercambia por radiación con los objetos del entorno.
evapotranspiración: pérdidas de calor por evaporación de la humedad de la piel o la transpiración.
el resultado de los tres primeras puede ser positivo o negativo. Si el entorno está a mayor temperatura que el cuerpo, este puede ganar demasiado calor (tener fiebre); el enfriamiento se confía entonces al cuarto proceso, que siempre da pérdidas.
ambiente higrotérmico 105
El cuerpo humano
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confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Intercambio de calor
La producción de calor depende del tamaño, peso y de la actividad que se realiza: a mayor actividad mayor producción de calor. También depende del sexo y de la edad.
El individuo también puede actuar en el proceso (regulación):
Si tiene frío, puede aumentar el movimiento o el abrigo.
Si, para la actividad que va a realizar, la ropa molesta y es necesario estar en reposo, se recurre a la calefacción
Si tiene calor se puede disminuir el movimiento o prescindir de ropa.
Si cuando hace calor, se debe llevar ropa y se debe realizar un cierto ejercicio, se recurre a la refrigeración.
ambiente higrotérmico 106
El cuerpo humano
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización regulación
• La actividad o nivel metabólico, se mide con la producción de calor del cuerpo en una actividad determinada, es decir, la actividad del metabolismo. Se toma como unidad la cantidad de calor producida por unidad de superficie de piel, por un individuo de unos 70 kg de peso, trabajando sentado y es igual a:
Actividad Valor metabólico (met)
Acostado 0,7
Reclinado 0,8
Sentado 1,0
En pie 1,2
Caminar a 3,5 km/h 2,0
Caminar a 5,5 km/h 2,6
Caminar a 7 km/h 3,8
Baile 2,4...4,4
Dependiente de comercio atendiendo público 2,0
Tareas domésticas
Cocina 1,6...2-,0
Lavado, plancha 2,0...3-,6
Oficinas
Mecanografía 1,2...1-,4
Archivado 1,1...1-,3
Delineación 1,1...1-,3
Niveles metabólicos (met) correspondientes a actividades típicas de las personas.
La superficie de la piel extendida aprox. 1,5 – 2 m2
1 met = 58, 2 W/m2 de piel
Los parámetros que definen la respuesta del cuerpo humano ante el clima son dos:
La actividad y el vestido
ambiente higrotérmico 107
El cuerpo humano
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
• El aislamiento térmico que lleva el cuerpo: la indumentaria, que se mide con el nivel de indumento (resistencia térmica que proporciona el vestido)
Atuendo, calzado y tocado Índice (clo)
desnudez 0,0
pantalón corto 0,1
conjunto de vacaciones (pantalón o falda cortos, camisa o blusa de manga corta y sandalias)
0,3...0,4
atuendo ligero de verano (pantalón largo, camisa o blusa de manga corta)
0,5
conjunto femenino de estar en casa (falda, blusa y rebeca de manga larga, ropa interior normal, medias y zapatos)
0,7...0,9
indumentaria típica de ejecutivo (traje, camisa de manga larga, corbata, ropa interior de algodón, calcetines y zapatos)
1,0
ídem más abrigado (terno de lana, lo demás como en el caso anterior)
1,5
ropa de mucho abrigo para varón (como lo anterior con abrigo de lana)
2,0...2,5
Valores del índice de indumento (clo) correspondientes a distintas formas de vestirse
1 clo = 0,155 m2.K/W
ambiente higrotérmico 108
El cuerpo humano
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
109
“Confort” térmico
El ambiente
Se considera que el ser humano logra «confort» térmico cuando
consigue mantener sin esfuerzo su temperatura corporal, es decir, cuando el balance entre las potencias caloríficas
producida y cedida por su cuerpo sea equilibrado En caso contario “estrés térmico”
ambiente higrotérmico 109
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
El ambiente
ambiente higrotérmico 110
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confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Parámetros condicionantes del confort Relativos al medio Temperatura seca Ts
- Entre 20 y 26ºC predominio de intercambio por radiación y convección. Confort - Alta T dificulta intercambio por radiación y convección: predomina la evapotranspiración. - Baja T acelera el intercambio. Sensación de frío. Se compensa con escalofríos - Gradiente vertical de temperatura: Molestias si ΔT entre cabeza y tobillos es >3ºC
Influencia de la temperatura exterior en el calor metabólico intercambiado con el ambiente
Sensible
Latente
Total
El ambiente
ambiente higrotérmico 111
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Parámetros condicionantes del confort Relativos al medio
Humedad relativa - Alta HR dificulta el intercambio por evaporación (fundamental si T es alta). - Baja HR facilita el intercambio por evaporación. Velocidad del aire - Alta velocidad acelera el intercambio por convección - Especial sensibilidad de tobillos y nuca. Temperatura radiante Trad de las paredes - Su valor determina el signo de los intercambios por radiación - Causa de malestar local por asimetría radiante
Molestias si: ΔT techo frío > 16 ºC; ΔT techo caliente > 6 ºC ΔT pared fría > 11 ºC; ΔT pared caliente > 35 ºC
- Especial malestar por suelo caliente o frío Su temperatura debe estar comprendida entre 19 y 29 ºC
112
El ambiente
ambiente higrotérmico 112
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Parámetros condicionantes del confort Relativos al usuario
Actividad realizada (met)
Indumentaria (clo) Parámetros de confort higrotérmico Representan la influencia conjunta de Ts, HR, v y Trad en la percepción térmica.
Temperatura efectiva, Te (Houghton & Yaglou) Es la temperatura de un local de referencia saturado y con el aire en reposo en el que se
percibe la misma sensación térmica que en el local medido. Temperatura representada por el efecto combinado de la temperatura ambiente, la
humedad relativa y el movimiento del aire, en la sensación de calor o frío que percibe el cuerpo humano, equivalente a la temperatura del aire en reposo que produce un efecto idéntico.
El ambiente
ambiente higrotérmico 113
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Parámetros de confort higrotérmico Temperatura operativa, To Es la temperatura uniforme de un recinto negro imaginario en el que un ocupante
intercambiaría la misma cantidad de calor por radiación y convección que con el ambiente real.
Aproximadamente es la media de la temperatura seca del aire y la temperatura media radiante de los paramentos del local
con Tmr temperatura media radiante de las paredes medida con un termómetro de globo, y Ts, temperatura seca del aire medida con
un termómetro convencional
Otros índices empíricos: IMV (Indice medio de valoración), de O. Fanger (UNE-EN ISO 7730-1996) indica la sensación térmica que experimenta la mayoría de las personas sometidas a una
misma situación según la siguiente escala: Depende de Ts, HR , v, Tmr, M (consumo metabólico) e indumentaria
2mrairs
oTT
T+
≅
+3: muy caluroso +2: caluroso +1: ligeramente caluroso 0: neutralidad térmica -1: ligeramente fresco -2: fresco -3: frío
El ambiente
ambiente higrotérmico 114
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Condiciones higrotérmicas de proyecto En diagramas (psicrométricos) de confort se representan las condiciones ambientales para
las que un porcentaje determinado de personas dice sentirse confortable (Zona de Confort)
Grado de validez de la ZC: - Actividad (met) - Índice de indumentaria (CLO) - Movimiento del aire - Otros (soleamiento, presión …)
En caso contrario, CORRECCIONES
Satisfacción de los usuarios • Es imposible satisfacer térmicamente a todo el mundo. Por ello se establecen
porcentajes de satisfacción que cubren áreas de los gráficos vistos hasta aquí, tanto más pequeñas cuanto más se acerquen al 100%
Zonas de «confort» con porcentajes de aceptación (90, 80 y 70%) para primavera otoño, en las condiciones que se expresan
El ambiente
ambiente higrotérmico 115
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
El ambiente
ambiente higrotérmico 116
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Condiciones higrotérmicas de proyecto La tendencia actual es la de establecer niveles (categorías) de calidad de proyecto, para cada
uno de los parámetros de confort, según el PPD (porcentaje de personas disconformes): - Nivel A (alta exigencia): <6% de personas disconformes - Nivel B (normal): <10% de personas disconformes - Nivel C (mínimo exigible): <15% de personas disconformes En concreto, para el IMV se define el PPD con la expresión:
)·2179,0·03353,0( 24
·95100 PMVPMVePPD +−−=Nota: Se asume que siempre hay por lo menos un 5% de disconformes
A partir de los límites de IMV marcados se sacan los intervalos de To, HR y v requeridos en el proyecto
117
Satisfacción de los usuarios. Criterios normativos
Condiciones interiores de diseño favorables para el bienestar térmico (según RITE) Para 1,2 met y 0,5 clo en verano y 1 clo en invierno y PPD (disconformes) entre el 10-15%.
El ambiente
ambiente higrotérmico 117
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización
Tabla 1. Condiciones interiores de diseño
Estación Temperatura operativa °C
Velocidad media del aire m/s Humedad relativa %
Verano 23 a 25 0,18 a 0,24 45 a 60
Invierno 21 a 23 0,15 a 0,20 40 a 50
El ambiente
ambiente higrotérmico 118
introducción
confort higrotérmico
calidad del aire
ahorro energético
sistemas de climatización Exigencias de salubridad de los locales
- Mantener en los locales condiciones de pureza similares a las del aire estándar:
componente proporción (%) en
volumen peso nitrógeno (N2) 78,09 75,55 oxígeno (O2) 20,95 23,13 argón (Ar) 0,93 1,27 dióxido de carbono (CO2) 0,03 0,05
Eliminar por dilución elementos contaminantes debidos a: • Ocupantes: CO2, humo de tabaco y
microorganismos(también calor y vapor de agua) • Materiales de construcción y mobiliario: formaldehídos,
compuestos volátiles. • Instalaciones de climatización: partículas sólidas en
suspensión, microorganismos
Estrategias para la salubridad de los locales - Mediante instalación de ventilación que garantice un caudal de aire - Por infiltración y exfiltración (incontrolada) - Filtrado del aire
¿Por donde pierden o ganan energía los edificios?
Concepto de envolvente (HE1):
está compuesta por: todos los cerramientos que limitan
espacios habitables con el ambiente exterior (aire o terreno u otro edificio)
y por todas las particiones interiores que limitan los espacios habitables con los espacios no habitables que a su vez estén en contacto con el ambiente exterior.
cubiertas, suelos, fachadas, medianerías, cerramientos en contacto con el terreno, particiones interiores.
climatización 120
introducción
Demanda energética
cálculos
puentes térmicos: discontinuidades de elementos homogéneos o elementos singulares
puentes térmicos más comunes en la edificación: a) puentes térmicos integrados en los cerramientos:
• pilares integrados en los cerramientos de las fachadas; • contorno de huecos y lucernarios; • cajas de persianas; • otros puentes térmicos integrados;
¿Por donde pierden o ganan energía los edificios?
climatización 121
introducción
Demanda energética
cálculos
EN INVIERNO: DEMANDA = PERDIDAS – GANANCIAS
ESTRATEGIA:
•limitar perdidas aislamiento
•promover ganancias acceso solar, inercia
EN VERANO: DEMANDA = GANANCIAS - PERDIDAS
ESTRATEGIA:
•limitar ganancias control solar, modulación
•promover perdidas ventilación (Tª ext. Noct.)
invierno Temperaturas de consigna
Temperaturas de consigna
estrategia para la reducción de la demanda
climatización 123
introducción
Demanda energética
cálculos
SOLICITACIONES EXTERIORES: MAGNITUDES
1. Temperatura exterior
2. Radiación solar
3. Humedad exterior
4. Velocidad del viento (nivel de exposición)
5. Temperatura de cielo
6. Temperatura del suelo
7. Obstrucciones ……….
SOLICITACIONES INTERIORES: CARACTERIZACION
1. Usuarios: tipo de actividad desarrollada en los espacios (W/pers.)
2. Iluminación: tipo de actividad. Tipo de luminaria. Recuento o densidad de potencia (W/m2)
3. Equipos: tipo de actividad. sensible (normal), Latente(menos habitual) OJO!!!!!
climatización 124
introducción
Demanda energética
cálculos
125
Envolvente:
• Cerramientos (envolvente) o Opacos : fachadas, cubiertas, muros de sótano, etc. (verticales, horizontales o
inclinados) o Semitransparentes en fachadas, cubiertas, …
• Elementos singulares: puentes térmicos
¿Cómo se caracterizan?: • Cerramientos
o Opacos: U (transmitancia) o Semitransparentes: U, F (factor solar), permeabilidad al paso del aire
• Puentes térmicos: ψ (coeficiente de transmisión térmica lineal)
climatización 125
introducción
Demanda energética
cálculos
Transmitancia térmica: Es el flujo de calor, en régimen estacionario, dividido por el área
y por la diferencia de temperaturas de los medios situados a cada lado del elemento que se considera.
en la que U transmitancia del elemento en condiciones estacionarias (W/m2·K)
sij
j
2
2
1
1sesise R
LLLR
1
RC1R
1U+
λ++
λ+
λ+
=++
=
climatización 126
introducción
Demanda energética
cálculos Caracterización de la demanda Transferencia de calor:
Principios básicos
Transferencia de calor:
Principios básicos
Resistencia térmica elementos singulares
Resistencia térmica útil de cámaras de aire m2•K/W (h.m2.ºC/kcal)
Posición de la cámara y dirección del flujo de calor
Espesor de la cámara (mm)
sin ventilar c. poco ventilada
10 20 50 10 20 50
0,15 0,17 0,18 0,075 0,085 0,09 0,13 0,15 0,15 0,065 0,07 0,08
0,15 0,16 0,16 0,075 0,08 0,08 0,13 0,14 0,14 0,065 0,07 0,07
Tipo de forjado
Entreje vigueta E (cm)
Altura de bovedillas H (cm)
8 12 16 20 25 bovedilla cerámica
<45 0,10 0,15 0,09 0,13
45...65 0,15 0,19 0,13 0,16
>65 0,16 0,22 0,14 0,19
bovedilla cerámica <45
0,17 0,23 0,28 0,34 0,15 0,20 0,24 0,29
45...65 0,26 0,31 0,35 0,42 0,22 0,27 0,3 0,36
>65 0,31 0,36 0,41 0,47 0,27 0,31 0,35 0,4
bovedilla hormigón <65
0,15 0,17 0,20 0,24 0,13 0,15 0,17 0,21
>65 0,16 0,19 0,22 0,26
0,14 0,16 0,19 0,22
bovedilla hormigón <65
0,30 0,34 0,26 0,29
>65 0,31 0,36
0,27 0,31
Resistencia térmica útil de forjados en m2·K/W (h.m2.°C/kcal)
climatización 127
introducción
Demanda energética
cálculos
Caracterización de la demanda
Transferencia de calor:
Principios básicos
Resistencia térmica elementos singulares: 1. Particiones interiores en contacto con
espacios no habitables
• Particiones interiores (excepto suelos con cámaras sanitarias.
climatización 128
introducción
Demanda energética
cálculos Caracterización de la demanda
Transferencia de calor:
Principios básicos
Transmitancia térmica de huecos, UH : En el CTE, la transmitancia de las carpinterías se plantea de modo muy riguroso: se debe hallar un valor ponderado entre la transmitancia de la carpintería (del marco) y la de la parte acristalada (que la norma llama semitransparente)
( ) mHvHH UFMUFMU ,,1 ⋅+⋅−=
UH transmitancia térmica del cerramiento del hueco (W/m2·K) UH,v transmitancia térmica de la parte vidriada (W/m2·K) UH,m transmitancia térmica del marco (W/m2·K) FM fracción del hueco ocupada por el marco (-)
climatización 129
introducción
Demanda energética
cálculos Caracterización de la demanda
Transferencia de calor:
Principios básicos
Transmitancia térmica de huecos según su composición :
Acristalamiento
Posición del vidrio vertical Horizontal
(hacia arriba)
separación con separación con
vidrio cámara el exterior otro local
el exterior otro local
sencillo 6 - 5,67 3,75 6,83 4,85 9 - 5,57 3,71 6,69 4,77
doble
6+6 9 3,01 2,37 3,30 2,76 6+9 9 2,98 2,35 3,27 2,73 9+9 9 2,95 2,33 3,24 2,71
triple
6+6+6 9+9 2,05 1,73 2,18 1,93 6+6+9 9+9 2,03 1,72 2,16 1,92 6+9+9 9+9 2,02 1,71 2,15 1,90 9+9+9 9+9 2,01 1,70 2,13 1,89
climatización 130
introducción
Demanda energética
cálculos Caracterización de la demanda
Transferencia de calor:
Principios básicos
Cálculo del factor solar modificado: Producto del factor solar por el factor de sombra.
• Factor solar: Es el cociente entre la radiación solar a incidencia normal que se introduce en el edificio a través del acristalamiento y la que se introduciría si el acristalamiento se sustituyese por un hueco perfectamente transparente.
• Factor de sombra: Es la fracción de la radiación incidente en un hueco que no es bloqueada por la presencia de obstáculos de fachada tales como retranqueos, voladizos, toldos, salientes laterales u otros.
climatización 131
introducción
Demanda energética
cálculos Caracterización de la demanda
Transferencia de calor:
Principios básicos
Cálculo del factor solar modificado: La norma lo designa FH, para el factor solar modificado del hueco y FL para el del lucernario y se determinarán utilizando la siguiente expresión:
F = FS · [ (1−FM)· g┴ +FM×0,04 ·Um · α ]
FS el factor de sombra del hueco o lucernario se obtenido de las tablas en función del dispositivo de sombra o mediante simulación. En caso de que no se justifique adecuadamente el valor de Fs se debe considerar igual a la unidad; FM la fracción del hueco ocupada por el marco en el caso de ventanas o la fracción de parte maciza en el caso de puertas; g┴ el factor solar de la parte semitransparente del hueco o lucernario a incidencia normal. El factor solar puede obtenerse por el método descrito en la norma UNE EN 410:1998; Documento Básico HE Ahorro de Energía HE1 - 44 Um la transmitancia térmica del marco del hueco o lucernario [W/ m2 K]; α la absortividad del marco obtenida de la tabla 67 en función de su color.
Tabla E.10 Absortividad del marco para radiación solar α Color claro medio oscuro blanco 0,20 0,30 --- amarillo 0,30 0,50 0,70 siena 0,35 0,55 0,75 castaño 0,50 0,75 0,92 rojo 0,65 0,80 0,90 verde 0,40 0,70 0,86 azul 0,50 0,80 0,95 gris 0,40 0,65 --- negro --- 0,96 ---
climatización 132
introducción
Demanda energética
cálculos Caracterización de la demanda
condensaciones: principios básicos
• condensaciones superficiales
• Condensaciones intersticiales
climatización 133
introducción
Demanda energética
cálculos Caracterización de la demanda
condensaciones: principios básicos
• condensaciones superficiales, el CTE lo resuelve con el factor de temperatura superficial:
fRsi= 1-U·0.25
• Condensaciones intersticiales
climatización 134
introducción
Demanda energética
cálculos
No habrá condensaciones intersticiales si la Pv < Pvsat en la superficie de cada capa.
Tº de cálculo/Tª de rocío
Caracterización de la demanda
evaluación de cargas evaluación de cargas térmicas en tiempo frío
cálculo de pérdidas de calor en locales En residencial las ganancias se suelen despreciar en el cálculo por estar del lado de la
seguridad
Las pérdidas dependen de las condiciones térmicas exteriores y de las resistencias al paso del calor de los distintos elementos que forman la envolvente del espacio considerado (ventanas, paredes, techos, ...).
La fórmula que determina las pérdidas de calor es:
Ptot = Pre + Ptr (+ Ppt)
Ptot pérdidas de calor del local (W ó kcal/h), Pre pérdidas de calor por reemplazo de aire, (W ó kcal/h), Ptr pérdidas de calor por transmisión a través de la superficie separadora, (W ó kcal/h), Ppt pérdidas de calor por transmisión a través de puentes térmicos (cuando se calculen), (W ó kcal/h).
DEMANDA = PERDIDAS – GANANCIAS
climatización 135
introducción
Demanda energética
cálculos
Caracterización de la demanda
evaluación de cargas: evaluación de cargas térmicas en tiempo frío
pérdidas por reemplazamiento de aire
Pre = qv . (Ti - Te) . γ . Ce
Pre pérdidas de calor por reemplazo de aire (W ó kcal/h), qv caudal de cálculo (m3/s), Ti temperatura de bulbo seco del aire interior (°C), Te temperatura de bulbo seco del aire exterior (°C), γ densidad del aire (1,20 kg/m3 a 20ºC y presión atmosférica normal), Ce calor específico del aire (1,005 kJ/kg·K ó 0,28 Wh/kg·K ó 0,24 kcal/kg.°C);
tasa de ventilación mínima exigida Tv (L/s)
locales
por ocupante (L/s.pers)
por m2 útil (L/m2)
en función de otros parámetros
dormitorios 5 estar y comedores 3 aseos y baños 15 L/s por local
cocinas 2 (10) (1) 50 L/s por local (2)
(1) La cifra entre paréntesis es para cocinas con sistema de cocción por combustión o dotadas de calderas no estancas (el caudal se incrementa en 8 l/s). (2) Este es el caudal correspondiente a la ventilación adicional específica de la cocina (véase el párrafo 3 del apartado 3.1.1 del DB HS3 del CTE). (3) Se considera un ocupante por dormitorio individual y dos en los dobles. En comedores y salas de estar la suma de los contabilizados para todos los dormitorios correspondientes.
climatización 136
introducción
Demanda energética
cálculos
evaluación de cargas: evaluación de cargas térmicas en tiempo frío
pérdidas por transmisión
• Pérdidas por elementos constructivos planos: para determinar la cantidad de calor que se pierde en la unidad de tiempo, a través de cada elemento plano de cierre o separación con un ambiente más frío, se emplea la ecuación de newton de la propagación del calor
Ptr = U . S . (Ti - Te) Ptr pérdidas de calor por transmisión a través de la superficie separadora (W ó kcal/h), U transmitancia del elemento considerado, que ha de cumplir los mínimos indicados en DB HE-1 del CTE (→III.(W/m2.K ó kcal/h.m2.°C), S superficie del elemento separador (m2), Ti temperatura de bulbo seco del aire interior (°C) Te temperatura de bulbo seco del aire exterior, o de otro local, (particiones interiores) (°C).
La HE1 propone un coeficiente de reducción de Te que modifica U
climatización 137 introducción
Demanda energética
cálculos
Ppt = U . L . (Ti - Te) Ppt pérdidas de calor por transmisión a través de puentes térmicos (W ó kcal/h), U transmitancia del elemento considerado, que ha de cumplir los mínimos indicados en DB HE-1 del CTE.(W/m.K ó kcal/h.m.°C), L longitud del elemento (m), Ti temperatura de bulbo seco del aire interior (°C) Te temperatura de bulbo seco del aire exterior, o de otro local (°C).
pérdidas por transmisión
• pérdidas por elementos constructivos lineales: pérdidas por puentes térmicos. encuentro de muro con forjado, o de muros entre sí, bajantes de pluviales interiores, etcétera. Se calculan del mismo modo que las superficies
evaluación de cargas: evaluación de cargas térmicas en tiempo frío
climatización 138 introducción
Demanda energética
cálculos
Correcciones a las pérdidas por transmisión: Además de la temperatura mínima exterior de cálculo, conviene tener en cuenta otros fenómenos, distintas condiciones a que pueden verse sometidos los edificios, como la exposición al viento, la posibilidad de soleamiento o las condiciones intrínsecas o de uso del propio edificio. Para ello deben añadirse unos suplementos en el cálculo.
• Correcciones (o suplementos) por orientación y exposición
• Correcciones por intermitencia o arranque
Exposición posición del elemento orientación
valores de U en W/m2·K (kcal/h.m².°C) <0,7
(<0,6) 0,7 … 1,4 (0,6 ... 1,2)
1,4 … 2,1 (1,2 ... 1,8)
2,1 … 3,6 (1,8 ... 3,1)
3,6 … 4,2 (3,1 ... 3,6)
4,2 … 5,0 (3,6 ... 4,3)
>5,0 (>4,3)
abrigada vertical
N/NE/E 1 1 1 1 1 1 1
W/NW/SE 1 1 1 0,95 0,95 0,90 0,90 S/SW 1 0,95 0,95 0,90 0,85 0,85 0,80
horizontal cualquiera 1 0,95 0,95 0,90 0,85 0,85 0,80
normal vertical
N/NE/E 1 1 1,05 1,05 1,05 1,10 1,10 W/NW/SE 1 1 1 1 1 1 1 S/SW 1 1 0,95 0,95 0,95 0,90 0,90
horizontal cualquiera 1 1 1 1 1 1 1
expuesta vertical
N/NE/E 1 1,05 1,05 1,10 1,15 1,15 1,20 W/NW/SE 1 1 1,05 1,05 1,10 1,10 1,15 S/SW 1 1 1 1 1 1 1
horizontal cualquiera 1 1,05 1,05 1,05 1,05 1,10 1,10
evaluación de cargas: evaluación de cargas térmicas en tiempo frío
climatización 139 introducción
Demanda energética
cálculos
Abrigo, exposición
evaluación de cargas: evaluación de cargas térmicas en tiempo frío
por el terreno
también influyen otros obstáculos como tapias, bosques,..
por el entorno urbano
climatización 140 introducción
Demanda energética
cálculos
Correcciones a las pérdidas por transmisión:
• Correcciones (o suplementos) por orientación y exposición
• Correcciones por intermitencia o arranque
Material del cerramiento
Horario del servicio
continuo 14 h/día 10 h/día
hormigón, piedra natural 1,10 1,20 1,30
ladrillos cerámicos 1,07 1,15 1,20
forjados normales 1,05 1,10 1,15
carpinterías, cubierta y fachadas ligeras 1,00
1,00
1,00
evaluación de cargas: evaluación de cargas térmicas en tiempo frío
climatización 141 introducción
Demanda energética
cálculos
evaluación de cargas: tiempo cálido
Ganancias
estas aportaciones pueden ser exteriores e interiores. a su vez, en cada una de ellas pueden considerarse dos tipos de aportaciones: calor sensible y calor latente
• Calor sensible
• Calor latente
Pcs = Pcst + Pcsr + Pcsv + Pcsp
Pcs ganancias de calor sensible del local (W ó kcal/h), Pcst ganancias de calor por transmisión a través de la superficie separadora, (W ó kcal/h), Pcsr ganancias de calor por radiación solar a través de las ventanas, (W ó kcal/h). Pcsv ganancias de calor por reemplazo de aire, (W ó kcal/h), Pcsp ganancias de calor interiores por personas o aparatos, (W ó kcal/h).
DEMANDA = GANANCIAS - PERDIDAS
climatización 142 introducción
Demanda energética
cálculos
evaluación de cargas: tiempo cálido
Ganancias exteriores
Calor sensible
Calor latente
Pcl = Pclv + Pclp
Pcl cargas de calor latente del local (W ó kcal/h), Pclv cargas de calor latente por reemplazo de aire, (W ó kcal/h), Pclp cargas de calor latente interiores por personas o aparatos, (W ó kcal/h).
DEMANDA = GANANCIAS - PERDIDAS
climatización 143 introducción
Demanda energética
cálculos
evaluación de cargas: tiempo cálido
Ganancias exteriores
Transmisión de calor sensible a través de cerramientos: Para englobar en una sola fórmula la transmisión por conducción y la transmisión por radiación, puede emplearse la de transmisión de calor a través de cerramientos, sustituyendo la temperatura seca exterior por la temperatura equivalente. Este índice traduce diferentes condiciones a considerar (soleamiento, radiación térmica de superficies, absortancia de los cerramientos) y otros más difíciles de considerar.
Pst = Σ U . S (Teq - Ti) Pst aportación de calor sensible por conducción y radiación (W ó kcal/h), U transmitancia de cada elemento de separación (W/m2.°C ó kcal/h.m2.°C) S superficie de cada elemento de separación (m2), Ti temperatura interior de proyecto, (°C). Teq temperatura equivalente (°C). DEMANDA = GANANCIAS - PERDIDAS
climatización 144 introducción
Demanda energética
cálculos
evaluación de cargas: tiempo cálido
Ganancias exteriores
Radiación solar a través de huecos.: La radiación solar a través de huecos acristalados, es una importante aportación de calor, por efecto invernadero, a los espacios interiores. Además, de acuerdo con el CTE, hay que tener en cuenta las protecciones que pueda tener el vidrio ante la entrada de la radiación solar.
Prh = Sh . Rs . Fps Prh potencia aportada por radiación a través de un hueco (W ó kcal/h), Sh superficie del hueco (m2), Rs radiación solar recibida por el hueco (W/m2 ó kcal/h.m2) corregida por inclinación, Fps factor solar,
DEMANDA = GANANCIAS - PERDIDAS
climatización 145 introducción
Demanda energética
cálculos
evaluación de cargas: tiempo cálido
Ganancias exteriores
Ventilación e infiltración: Al considerar el reemplazamiento de aire en los ambientes, hay que tener en cuenta tanto el calor sensible que pueda aportar el aire de renovación, como el calor latente, debido a la humedad que contiene.
• Calor sensible
Psv = Qai · ρ · cp · (Te - Ti) Psv aporte de calor sensible por ventilación/infiltración (W ó kcal/h), Qai caudal de aire introducido (m3/h), ρ masa específica del aire (1,20 kg/m3n, a 20ºC, pero debe considerarse que la densidad del aire puede variar sensiblemente con la altitud del lugar), Cpa calor específico del aire introducido en el local (1,005 kJ/kg.K ó 0,24 kcal/kg.°C), Te temperatura de proyecto del aire introducido (°C), Ti temperatura de proyecto del aire interior (°C).
DEMANDA = GANANCIAS - PERDIDAS
climatización 146 introducción
Demanda energética
cálculos
evaluación de cargas: tiempo cálido
Ganancias exteriores
Ventilación e infiltración: Al considerar el reemplazamiento de aire en los ambientes, hay que tener en cuenta tanto el calor sensible que pueda aportar el aire de renovación, como el calor latente, debido a la humedad que contiene.
• Calor sensible
• Calor latente
Plv = Qae · ρ · λ · (we - wi) Plv aporte de calor latente por reemplazamiento de aire (W ó kcal/h), Qae caudal de aire introducido, (m3/h), ρ masa específica del aire introducido en el local (kg/m3), λ calor de vaporización del agua (2,490 kJ/g ó 0,595 kcal/g a 0ºC de temperatura y 2,448 kJ/g ó 0,585 kcal/g a 20ºC de temperatura), we relación de mezcla del aire exterior (g/kg), wi relación de mezcla del aire interior, (g/kg).
climatización 147 introducción
Demanda energética
cálculos
evaluación de cargas: tiempo cálido
Ganancias interiores
Ocupantes: El metabolismo humano supone un aporte de calor que será necesario compensar . Necesitamos conocer el grado de ocupación de los locales.
• Calor sensible. La emisión en forma de calor sensible por las personas se produce por convección y radiación.
• Calor latente. La emisión de calor latente por las personas tiene lugar por la respiración y la transpiración.
Pi = eslp . N Pi potencia calorífica (W), es,l,p calor sensible o latente por persona, (W/per), N número de personas.
DEMANDA = GANANCIAS - PERDIDAS
Actividad
calor sensible calor latente W/per
kcal/ h.per
W/per
kcal/ h.per
sentado, quieto (cine, teatro) 67 58 35 30 sentado, trabajo ligero (oficinas) 71 61 60 52 en un restaurante 76 65 70 60 andando 83 71 79 68 bailes moderados 95 82 151 130 bailes fuertes, marcha rápida 135 116 158 136
climatización 148 introducción
Demanda energética
cálculos
evaluación de cargas: tiempo cálido
Ganancias interiores
Componentes de la propia instalación y otros:
• Ventiladores. Puede considerarse que toda la potencia del ventilador se transforma en calor sensible, teniendo en cuenta que:
1 kW = 860 kcal/h
1 CV = 0,74 kW = 636 kcal/h
• Conductos. Cuando los conductos de aire atraviesen locales no refrigerados, habrá que considerar el calentamiento que pueda sufrir en ese tramo
• Alumbrado
• Otros equipos
DEMANDA = GANANCIAS - PERDIDAS
climatización 149 introducción
Demanda energética
cálculos
evaluación simplificada de la demanda de calefacción de un periodo 1. PERDIDAS POR TRANSMISIONES (método de los grados día)
2. AÑADIR PERDIDAS POR VENTILACIÓN
climatización 150 introducción
Demanda energética
cálculos
1000···
2GDhSUE =
Con E2: calor transmitido kW·h/periodo S: superficie en m2 h: horas del día (24) U: transmitancia del muro GD: grados día del periodo
GDSUE ·3600·24··1 =Con E1: calor transmitido Julios/periodo S: superficie en m2 U: transmitancia del muro GD: grados día del periodo
( ) periodomhkW
mSEE
··
222
3 ==