Calificación Energética · 6. Resultados Datos para la etiqueta de eficiencia energética...

Calificación Energética

6. Resultados

Datos para la etiqueta de eficiencia energética

Edificio Objeto Edificio Referencia

por metro cuadrado anual por metro cuadrado anual

Consumo energía final (kWh) 41,0 4202,5 135,7 13913,6

Consumo energía primaria (kWh) 50,3 5158,4 159,0 16292,5

Emisiones CO2 (kgCO2) 3,8 389,5 36,1 3700,2

Alventosa Morell Arquitectes (Marc Alventosa Zaidin i Xavier Morell Jané) Pàgina 1

ESTUDI PER A L’EFICIÈNCIA ENERGÈTICA D’UNA CASA UNIFAMILIAR A SANTA MARIA DE PALAUTORDERA, VALLÈS ORIENTAL


1. ESTUDI METEOROLÒGIC PER UNA CASA UNIFAMILIAR A SANTA MARIA DE PALAUTORDERA, VALLÈS ORIENTAL


1 ESTUDI METEOROLÒGIC

1.1 FITXER DE CLIMA

Per a la realització dels càlculs de l’estudi, es genera un fitxer climàtic per a la ubicació de Santa Ma. de Palautordera, Vallès Oriental. El fitxer consta de les dades meteorològiques d’un període de 5 anys amb 78840 valors horaris per cada any de:

-‐ Temperatura seca (ºC). -‐ Humitat Relativa (%). -‐ Radiació directa normal (Wh/m2). -‐ Radiació global horitzontal (Wh/m2). -‐ Radiació difusa horitzontal (Wh/m2). -‐ Velocitat del vent (m/s). -‐ Direcció del vent. -‐ Grau de nuvolositat (%). -‐ Precipitació (mm).

Les dades generades són calibrades a partir de dades oficials proporcionades pel Servei Meteorològic de Catalunya, Meteocat, per a l’estació meteorològica Caldes de Montbui. S’ha escollit aquesta estació meteorològica de referència ja que les estacions de Tagamanent i Fogars de Montclús tot i ser més properes a Santa Ma. de Palautordera tenen una alçada respecte al nivell del mar molt més elevada que la del nostre solar a analitzar.

Ubicació: Santa Maria de Palautordera, Vallès Oriental.

-‐ Altura respecte al nivell del mar: 206m -‐ Latitud: 41,68º -‐ Longitud: 2,46º

Figura 01: Dades meteorològiques oficials utilitzades per a calibrar el fitxer de clima .


-‐ G_h: Radiació global horitzontal (Wh/m2). -‐ T: Temperatura seca (ºC). -‐ HR: Humitat Relativa (%). -‐ RR: Precipitació (mm). -‐ RD: Dies de pluja amb més de 1mm.

1.2 TEMPERATURES

L’estudi de l’evolució de la temperatura exterior per a un dia típic de cada mes, revela que la temperatura mitja diària està tocant a la temperatura de confort (franja verda) des del juny fins al setembre. La resta de mesos estem per sota la temperatura de confort tot i que els mesos de maig i octubre la temperatura màxima diària per a un dia típic està dins la franja de confort al migdia.

Figura 02: Dia típic, promig de temperatura per a cada mes de l’any .

La mitjana de temperatura màxima és superior als valors de confort tèrmic durant les hores centrals des del juny fins al setembre; indicant la necessitat d’adoptar estratègies de protecció solar i/o de refrigeració. A les hores centrals del dia típic de maig i octubre la temperatura màxima està situada dins de la neutralitat tèrmica.

La mitjana de temperatura mínima es situa per sota de la temperatura de confort tot l’any excepte en les hores centrals del mes d’agost.

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24-10 0.0k

0 0.2k

10 0.4k

20 0.6k

30 0.8k

40 1.0k

°C W / m²D A ILY CON D IT ION S - 1s t Ja nua ry (1)

LE GE N D

T e m p e ra ture

R e l.H um id ity

D ire c t S o la r

D iffuse S o la r

W ind S p e e d Clo ud Co ve r

Co m fo rt: T he rm a l N e utra lity

Ja n Fe b M a r A p r M a y Jun Jul A ug S e p Oc t N o v D e c-10 0.0k

0 0.2k

10 0.4k

20 0.6k

30 0.8k

40 1.0k

°C W / m²M ON T H LY D IU R N A L A V E R A GE S - P a la uto rd e ra , Ca ta lunya


El següent diagrama mostra la variació horària de la temperatura mitja exterior per a cada mes de l’any. Tal i com es pot observar necessitarem estratègies passives de protecció de la radiació(franja vermella) durant els mesos de juny, juliol, agost i setembre. En canvi, al gener, febrer, març, abril, part del maig i l’octubre, novembre i desembre necessitarem aportació de calor.

Figura 03: Valors de temperatura mitja filtrats segons paràmetres de confort.

Realitzant un filtratge de les dades segons el rang de neutralitat tèrmica, de 18 a 24ºC, s’observa que respecte a la variació horària de la temperatura mitja s’estarà en condicions de confort en la següent amplitud horària:

-‐ Maig: de 10:00h a 20:00h. -‐ Juny: de 00:00h a 04:00h, de 06:00h a 12:00h i de 19:00h a 24:00h. -‐ Juliol: de 00:00h a 10:00h i de 22:00h a 24:00h. -‐ Agost: de 00:00h a 09:00h. -‐ Setembre: de 00:00h a 02:00h i de 09:00h a 24:00h. -‐ Octubre: de 12:00h a 18:00h.

Weekly SummaryAverage T empera ture (°C)Lo ca tio n: P a la uto rd e ra , Ca ta lunya (41.7°, 2.5°)© W e a th e r T o o l

°C

<0

5

10

15

20

25

30

35

40

45+

W k

H r

°C

4

8

1216

2024

2832

3640

4448

52

4

812

1620

24

0

10

20

30

40

50

W k

H r

°C

4

8

1216

2024

2832

3640

4448

52

4

812

1620

24

0

10

20

30

40

50

Temperatura de confort


1.3 HUMITAT RELATIVA

Mitjançant l’estudi de variació horària de la humitat relativa mitja, es pot observar que en general per a la ubicació de Santa Ma. de Palautordera, s’obtenen valors elevats. Els valors màxims diaris es troben entre les 01:00h i les 09:00h, mentre que els mínims diaris els trobem entre la 12:00h i les 16:00h aproximadament i depenent dels mesos.

Figura 04: Variació horària de la humitat relativa mitja durant l’any a Santa Ma. de Palautordera.

Considerant el rang de confort de la humitat relativa entre el 30% i el 80%, es filtren els valors horaris mitjos per un dia típic de cada mes. En general, per a les primeres hores del dia, concretament entre les 02:00h i les 09:00h, es supera la humitat relativa de confort.


30%<HR<80%

HR>80%

Figura 05: Valors de humitat relativa filtrats segons paràmetres de confort.

Weekly SummaryRela tive Humidity (%)Lo ca tio n: P a la uto rd e ra , Ca ta lunya (41.7°, 2.5°)© W e a th e r T o o l

%

<0

10

20

30

40

50

60

70

80

90+

W k

H r

%

4

8

1216

2024

2832

3640

4448

52

48

1216

2024

0

20

40

60

80

100

W k

H r

%

4

8

1216

2024

2832

3640

4448

52

48

1216

2024

0

20

40

60

80

100


1.4 ESTUDI DE RADIACIÓ SOLAR

L’estudi de l’evolució de la radiació solar directa normal durant l’any a Santa Ma. de Palautordera, ens determina que els valors màxims s’obtenen per a les hores centrals dels dies tipus de tots els mesos de l’any. Tot i així, la variació de radiació solar normal per a cada mes varia entre el 1953Wh/m2 del desembre als 5552Wh/m2 del juliol.

Figura 06: Variació horària de la radiació solar directa normal mitja (Wh/m2) durant l’any Santa Ma. de Palautordera.

Figura 07: Evolució de la radiació solar directa normal mitja (Wh/m2) durant l’any Santa Ma. de Palautordera.


Figura 08: Variació anual de la radiació solar directa normal mitja (Wh/m2) durant l’any a Santa Ma. de Palautordera.

Weekly SummaryDirect Sola r Radia tion (W/ m² )Lo ca tio n: P a la uto rd e ra , Ca ta lunya (41.7°, 2.5°)© W e a th e r T o o l

W / m ²

<0

100

200

300

400

500

600

700

800

900+

W k

H r

W / m ²

4

8

12

16

20

24

28

3236

4044

4852

4

8

12

16

20

24

0

200

400

600

800

1000

W k

H r

W / m ²

4

8

12

16

20

24

28

3236

4044

4852

4

8

12

16

20

24

0

200

400

600

800

1000


Per una superfície vertical lliure d’obstacles solars orientada a S-‐E (-‐5º),orientació òptima quant a captació solar, s’obté una incidència anual de 926,53 kWh/m2.

Pel que fa a la variació de radiació solar difusa per a cada mes varia entre el 884Wh/m2 del desembre als 2849Wh/m2 del juny.

Figura 09: Evolució horària anual de la radiació solar difusa (Wh/m2) durant l’any a Santa Ma. de Palautordera.

J a n F e b M a r A p r M a y J u n J u l A u g S e p O c t N o v D e c0 .0

5 0 0 .0

1 0 0 0 .0

1 5 0 0 .0

2 0 0 0 .0

2 5 0 0 .0

3 0 0 0 .0

3 5 0 0 .0

4 0 0 0 .0

4 5 0 0 .0

5 0 0 0 .0

5 5 0 0 .0

k W h / m ² T o ta l A nnua l Co lle c tio n: 926.53 kW h/ m² U nd e rhe a te d P e rio d : 215.76 kW h/ m² Ove rhe a te d P e rio d : 220.54 kW h/ m²

A N N U A L IN C ID E N T S O LA R R A D IA T IO N A T 1 7 5 .0 ° P a la uto rd e ra , Ca ta lunya (41.7°, 2.5°)

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24-10 0.0k

0 0.2k

10 0.4k

20 0.6k

30 0.8k

40 1.0k

°C W / m²D A ILY CON D IT ION S - 1s t Ja nua ry (1)

LE GE N D

T e m p e ra ture

R e l.H um id ity

D ire c t S o la r

D iffuse S o la r

W ind S p e e d Clo ud Co ve r

Ja n14th 28th

Fe b14th 28th

M a r14th 28th

A p r14th 28th

M a y14th 28th

Jun14th 28th

Jul14th 28th

A ug14th 28th

S e p14th 28th

Oc t14th 28th

N o v14th 28th

D e c14th 28th

1s t Ja nua ry to 31s t D e ce m b e rD IFFU S E S OLA R - P a la uto rd e ra , Ca ta lunya

0.00k 0.00k

0.20k 0.20k

0.40k 0.40k

0.60k 0.60k

0.80k 0.80k

1.00k 1.00k

W / m² W / m²


Figura 10: Variació anual de la radiació solar difusa (Wh/m2) l’any a Santa Ma. de Palautordera.

Weekly SummaryDiffuse Sola r Radia tion (W/ m² )Lo ca tio n: P a la uto rd e ra , Ca ta lunya (41.7°, 2.5°)© W e a th e r T o o l

W / m ²

<0

100

200

300

400

500

600

700

800

900+

W k

H r

W / m ²

4

8

12

16

20

24

28

3236

4044

4852

4

8

12

16

20

24

0

200

400

600

800

1000

W k

H r

W / m ²

4

8

12

16

20

24

28

3236

4044

4852

4

8

12

16

20

24

0

200

400

600

800

1000


1.5 VENTS PREDOMINANTS

Tenint present la situació geogràfica de Santa Ma. de Palautordera, situada a la vessant Sud del Montseny i el Turó de l’home, decidim obtindré les dades de vent predominants a partir de l’estació meteorològica de Tagamanent, més propera a la ubicació d’estudi, enlloc de la de Caldes de Montbui. Cal dir però, que l’estació meteorològica de Tagamanent està situada dins del Parc Natural del Montseny, a 1030m d’alçada respecte el nivell del mar, mentre el nostre solar a Santa Maria de Palautordera té una alçada de 206m. Per tant, la nostra construcció quedarà protegida de bona part del vents que vinguin del nord pel mateix Montseny. Tot i això, veiem mitjançant el gràfic, que la direcció predominant del vent prové del Sud fet que ens facilitarà estratègies de confort passives basades en la ventilació creuada.

Figura 11: Direcció predominant dels vents durant l’any a Santa Ma. de Palautordera.


1.6 ESTRATÈGIES DE CONFORT

1.6.1 PSYCHROMETRIC CHART (ESTUDI DEL CONFORT)

Amb el diagrama podem observar com la franja de confort climàtic es força reduïda. Així doncs haurem de proposar estratègies passives per tal d’augmentar aquest percentatge.

Figura 12: Percentatge (hrs) de confort climàtic.

Si fem una classificació climàtica en funció de la temperatura mitja mensual ens n’adonem que tenim quatre nivells diferenciats:

-‐ Fred: necessitarem estratègies de captació passiva i/o sistemes actius de calefacció. -‐ Moderat: trobem la franja de confort. -‐ Càlid i sec (franja molt reduïda): necessitarem estratègies de protecció passiva i/o sistemes actius de

refrigeració. -‐ Càlid i humit (franja molt reduïda): necessitarem estratègies de protecció passiva i/o sistemes actius

de refrigeració. Haurem d’estudiar el tractament a l’excés d’humitat.

D B T (°C) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

A H

5

10

15

20

25

30

Co m fo rt

Psychrometric ChartLo ca tio n: P a la uto rd e ra , Ca ta lunyaFre q ue ncy : 1s t Ja nua ry to 31s t D e ce m b e rW e e kd a y T im e s : 00:00-24:00 H rsW e e ke nd T im e s : 00:00-24:00 H rsB a ro m e tric P re ssure : 101.36 kP a© W e a th e r T o o l


Figura 13: Classificació climàtica.

Un cop observat l’estudi climàtic decidim algunes estratègies bàsiques per tal de millorar el confort:

-‐ Captació solar passiva. -‐ Efecte massa tèrmica. -‐ Ventilació natural. -‐ Ventilació natural nocturna + massa tèrmica.

J FM

A

M

J

J A

S

O

N

D

D B T (°C) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

A H

5

10

15

20

25

30

Co o l

M o d e ra teW a rm

D ry

H o t

D ry

W a rm

H um id

H o t

H um id


H ILIT E : Clim a te Cla ss ifica tio n


Figura 14: Estratègia de captació solar passiva de l’octubre al maig i protecció des del juny fins al setembre (dades estudi climàtic). Efecte massa tèrmica.

Figura 15: Estratègia ventilació creuada.

N


Al aplicar aquestes quatre estratègies passives, augmentarem considerablement el percentatge de hrs de confort.

Figura 16: Percentatge (hrs) de confort climàtic amb estratègies d’arquitectura passiva aplicades.

D B T (°C) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

A H

5

10

15

20

25

30

Co m fo rt


S E LE C T E D D E S IG N T E C H N IQ U E S :1. p a ss ive so la r he a ting 2. the rm a l m a ss e ffe c ts 3. e xp o se d m a ss + nig ht-p urg e ve ntila tio n 4. na tura l ve ntila tio n


Figura 17: Comparativa de percentatges (hrs) de confort climàtic sense/ amb estratègies d’arquitectura passiva aplicades.

1.7 CONCLUSIONS

Tenint present que l’estudi climàtic és una eina per començar a plantejar estratègies de confort per a l’usuari del projecte i, que les dades obtingudes no tenen en compte l’activitat i la producció de calor per part de les luminàncies, aparells elèctrics, ocupació,... Considerem que les estratègies prioritàries són:

-‐ L’estalvi de la climatització (sense sistemes actius de refrigeració) s’aconsegueix mitjançant una envolvent amb una transmitància tèrmica molt baixa (veure Figura 18 i 19) i un disseny passiu que permeti protegir-‐nos de la radiació des del juny al setembre (al maig només parcialment). La protecció envers l’excés de radiació s’obté mitjançant uns façana ventilada i proteccions solars a les finestres.

-‐ Pel que fa a la calefacció, el mateix envolvent i l’aprofitament de la radiació de les finestres ens permetran reduir considerablement la dependència dels sistemes actius. Es decideix dissenyar una sèrie d’endolls per si puntualment es necessita un sistema actius de producció de calor.

Figura 18: Detall tipus de la façana.

Comfort PercentagesN A M E : P a la uto rd e raLOCA T ION : C a ta luny aW E E KD A Y S : 0 0 :0 0 - 2 4 :0 0 H rsW E E KE N D S : 0 0 :0 0 - 2 4 :0 0 H rsP OS IT ION : 4 1 .7 °, 2 .5 °© W e a th e r T o o l

CLIM A T E : C faM o is t m id -la titud e c lim a te with m ild winte rs .H um id sub tro p ica l with ho t m ug g y sum m e rs a nd thund e rs to rm s .W inte rs a re m ild with p re c ip ita tio n fro m m id -la titud e cyc lo ne s .W a rm e s t m o nth a b o ve o r e q ua l to 22°C.

S E LE CT E D D E S IGN T E CH N IQU E S :1. p a ss ive so la r he a ting 2. the rm a l m a ss e ffe c ts 3. e xp o se d m a ss + nig ht-p urg e ve ntila tio n 4. na tura l ve ntila tio n

Ja n Fe b M a r A p r M a y Jun Jul A ug S e p Oc t N o v D e c Y e a r0

20

40

60

80

% M U LT IP LE P A S S IV E D E S IGN T E CH N IQU E S A fte rB e fo re


Figura 19: Transmitància tèrmica i condensacions de la façana.


2. ESTUDI RADIACIÓ SOLAR I PERCENTATGE D’OMBRES PER UNA CASA UNIFAMILIAR A SANTA MARIA DE PALAUTORDERA, VALLÈS ORIENTAL


2.11 PERCENTATGE D’OMBRES SENSE LAMES

2.1 PERCENTATGE D’OMBRES.

Segons conclusions de l’estudi climàtic s’han dissenyat un sèrie de finestres que actuen com a captadors solars. Aquestes finestres estan ubicades bàsicament a sud, però també en trobem dos a est i dos més a oest. Haurem d’analitzar com funcionen aquests captadors solars i com protegir-‐nos de la radiació en les èpoques indicades en l’estudi climàtic.

2.1.1 PERCENTATGE D’OMBRES FINESTRES SUD / MÒDULS HABITACIONS.

Figura 20: Finestra mòdul habitacions.

El conjunt de finestres situades a Sud tenen totes les mateixes dimensions excepte la porta de sortida al jardí (té la mateixa amplada, però no la mateixa alçada). Com a objecte d’estudi hem utilitzat la finestra d’una de les habitacions dels nens. Amb una superfície de 01,44m2 orientada a Sud, i forma part d’un dels mòduls de les habitacions (tots amb la mateixa finestra i orientació). Estudiem el seu comportament en els solsticis i els equinoccis.


Figura 21: DIAGRAMA D’OMBRES -‐Finestra mòdul habitacions.

Amb el Stereographic diagram ens n’adonem del següent:

-‐ A l’estiu tenim un percentatge nul d’ombres des de les 09:00h fins a les 16:30h, ens haurem de protegir. Tenim un excés de radiació, el 57,3%. (Cal tenir en compte que es computa totes les hores del dia amb sol).

-‐ Als equinoccis comença entrar el sol a partir de les 07:30h amb un 65% d’ombra però a partir de les 08:30h obtenim un percentatge del 0% d’ombres fins a la posta de sol, 18:30h. Ens serà òptim per tal d’aprofitar la calor de la radiació.

-‐ A l’hivern funciona com un bon captador solar ja que aprofitem la radiació des de primera hora, 08:30h, fins a la posta dels sol, a les 17:00h. Tenim una radiació òptima, 99.7%. (Cal tenir en compte que es computa totes les hores del dia amb sol).

Figura 22: Gràfica del percentatge d’ombres al solstici d’hivern, al solstici d’estiu i als equinoccis.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

05:30

06:30

07:30

08:30

09:30

10:30

11:30

12:30

13:30

14:30

15:30

16:30

17:30

18:30

19:30

hivern

equinoccis

esqu


2.1.2 PERCENTATGE D’OMBRES FINESTRES SUD / INTERSTICI.

Figura 23: Finestra instertici.

Al Sud també hi trobem dues portes de vidre que formen part de l’element intersticial que ens uneix totes les caixes. Analitzem el seu comportament agafant com a objecte d’estudi un finestral amb una superfície de 02,50m2.


Figura 24: DIAGRAMA D’OMBRES –Finestra sud mòdul intersticial.


-‐ A l’estiu ens comença a entrar el sol a les 09:00h però de manera poc important (90% ombres). A les 13:00h entra en un 100% i a partir de les 17:00h ja no toca el sol. Com que a l’estiu es vol evitar qualsevol accés de radiació ens haurem de protegir. Tenim un excés de radiació del 24,4%. (Cal tenir en compte que es computa totes les hores del dia amb sol).

-‐ Als equinoccis comença entrar el sol a partir de les 09:00h amb un 96% d’ombra però a les 13:30h obtenim un percentatge del 0% d’ombres. A les, 18:00h obtenim un 96% de percentatge d’ombres. Necessitem aprofitar la calor de la radiació.

-‐ A l’hivern comença entrar el sol a partir de les 09:30h amb un 96% d’ombra però a les 12:30h obtenim un percentatge del 0% d’ombres. Aprofitem la radiació solar fins a les 16:00h amb un 96% de percentatge d’ombres. Necessitem aprofitar la calor de la radiació. (Cal tenir en compte que es computa totes les hores del dia amb sol).



0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

hivern

equinoccis

esqu


2.1.3 PERCENTATGE D’OMBRES FINESTRES EST / FINESTRA CUINA.

Figura Figura x: Finestra cuina.

A l’est hi trobem dues finestres, una vinculada al menjador que forma part de l’element intersticial i l’altra, una finestra situada a la cuina. Analitzarem si el percentatge d’ombres per tal de decidir si aquestes finestres també mereixen alguna estratègia de protecció solar. Com a objecte d’estudi utilitzem la finestra de la cuina amb una superfície de 01,44m2. Estudiem el seu comportament en els solsticis i els equinoccis.

Figura 26: DIAGRAMA D’OMBRES –Finestra est, mòdul cuina.



-‐ A l’estiu ens comença a entrar el sol a les 05:30h fins a les 12:30h amb un percentatge d’ombres del 0%. A partir de les 12:30h ja no entra el sol. Tota radiació durant aquesta època és excessiva.Tenim una radiació del 49.4%. (Cal tenir en compte que es computa totes les hores del dia amb sol).

-‐ Als equinoccis comença entrar el sol a partir de les 08:00h amb un 28% d’ombra. L’accés màxim de llum el tenim a les 12:30h amb un percentatge del 10% d’ombres. A partir de les 12:30h ja no entra el sol. Necessitem aprofitar la calor de la radiació.

-‐ A l’hivern comença entrar el sol a partir de les 09:30h amb un 97% d’ombra. L’accés màxim de llum el tenim a les 11:00h amb un percentatge del 75% d’ombres. Necessitem aprofitar la calor de la radiació. Radiació total 12,4% (Cal tenir en compte que es computa totes les hores del dia amb sol).


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

hivern

equinoccis

esqu


2.1.4 PERCENTATGE D’OMBRES FINESTRES OEST / FINESTRA CUINA.

Figura 28: Finestra estar.

A l’oest hi trobem dues finestres, una vinculada al mòdul de la sala d’estar i l’altra forma part de l’element intersticial. Analitzarem si el percentatge d’ombres per tal de decidir si aquestes finestres també mereixen alguna estratègia de protecció solar. Com a objecte d’estudi utilitzem la finestra de la la sala d’estar amb una superfície de 01,44m2 (igual que la resta de finestres dels mòduls. Estudiem el seu comportament en els solsticis i els equinoccis.

Figura 29: DIAGRAMA D’OMBRES –Finestra oest, mòdul estar.



-‐ A l’estiu ens comença a entrar el sol a les 13:00h i fins a les 17:30h amb un percentatge d’ombres del 0%. A partir de les 19:30h ja no entra el sol. Tota radiació durant aquesta època és excessiva. Tenim una radiació del 39,2%. (Cal tenir en compte que es computa totes les hores del dia amb sol).

-‐ Als equinoccis també comença entrar el sol a partir de les 13:00h. De 13:00h fins a les 18:00 amb un 0% d’ombra. Necessitem aprofitar la calor de la radiació.

-‐ A l’hivern comença entrar el sol a partir de la 13:00h. De 13:00h a 17:00h no hi ha cap tipus d’obstrucció, 0% d’ombra. Necessitem aprofitar la calor de la radiació. Radiació total 48,3% (Cal tenir en compte que es computa totes les hores del dia amb sol).


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

hivern

equinoccis

esqu


2.2. ESTUDI RADIACIÓ INCIDENT I DIFUSA

2.2.1. DISTRIBUCIÓ ESPAIAL FINESTRES ORIENTADES A SUD/MÒDUL HABITACIONS

Figura 31: Finestra habitacions

Si fem un estudi de les finestres situades a sud dels mòduls de les habitacions obtenim que durant la primavera, tardor i hivern rep una mitja de radiació de 4597,12Wh.

Quant a distribució temporal mitjana per un dia de cada més obtenim la següent gràfica:

02

04

06

08

10

12

14

16

18

20

22

H r

Ja n Fe b M a r A p r M a y Jun Jul A ug S e p Oc t N o v D e c

W / m ²

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

IN CID E N T S OLA R R A D IA T ION - A ve ra g e D a ily P a la uto rd e ra , Ca ta lunya


2.2.2. DISTRIBUCIÓ ESPAIAL FINESTRES ORIENTADES A SUD/MÒDUL INTERSTICIAL

Figura 32: Finestra interstici

En canvi els finestrals del mòdul intersticial, siutats a sud però protegits parcialment pels mòduls de les habitacions i la sala d’estar, reben una mitja de radiació de 1914,57Wh durant la primavera, tardor i hivern (èpoques que ens interessa captar la radiació).



2.2.3. DISTRIBUCIÓ ESPAIAL FINESTRES ORIENTADES A EST/MÒDUL CUINA

Figura 33: Finestra cuina.

La finestra del mòdul de la cuina, siutada a est i protegida parcialment pel mòduls magatzem, obté una mitja de radiació de 1901,05Wh durant la primavera, tardor i hivern (èpoques que ens interessa captar la radiació). Pràcticament, la mateixa radiació que la finestra situada a sud del mòdul intersticial.



2.2.4. DISTRIBUCIÓ ESPAIAL FINESTRES ORIENTADES A OEST/MÒDUL SALA D’ESTAR

Figura 34: Finestra sala d’estar.

La finestra del mòdul de la sala d’estar, siutada a oest, obté una mitja de radiació de 1693,09Wh durant la primavera, tardor i hivern (èpoques que ens interessa captar la radiació).



2.3 CONCLUSIONS

Veien la gran capacitat d’absorció de calor que tenen les finestres decidim dissenyar una façana ventilada on s’elimina l’impacte de la radiació solar i es supedita tota la captació de la radiació a les finestres. Hem comprovat que el fet d’orientar estratègicament les finestres ens permet captar la radiació durant tot el recorregut solar i que al situar la major part d’aquestes a sud, dupliquem la seva capacitat d’absorció (Wh). A partir d’aquí optem per un sistema actiu que ens permet obstruir la radiació solar durant el període del solstici d’estiu (21 de juny) al equinocci de tardor (21 de setembre) però que durant la resta de l’any no obstrueix tal com ens indiquen les conclusions de l’estudi climàtic. A més aquest nou sistema ha de permetre enfosquir completament l’espai ja que també s’ha de poder utilitzar com a dormitori.

Figura 35: Sistema lames venecianes d’alumini.

Optem finalment per una persiana veneciana incorporada a la cambra d’aire del vidre per evitar el seu deteriorament. Pel que fa al material de la veneciana es tria l’alumini i el color blanc per tal de reduir al màxim l’absorció de la radiació i potenciar la reflexió. Amb aquesta solució aconseguim que la irradiació reflexada torni a travessar el vidre exterior i, per tant, reduïm l’aportació de calor quan és perjudicial pel confort de l’usuari (Adjuntem Fitxa tècnica de l’opció escollida, figura 37).

Pel que fa al vidre de les finestres han de potenciar la captació per radiació però actuar eficientment respecte la transmissió. Per aquest motiu utilitzem un vidre amb un coeficient de transmissió tèrmica de 1.3 W/m2K (veure fitxa adjunta, figura 21).


2.3.1. FITXES TÈCNIQUES

Absortància materials

Absortància: fracció d’irradiació solar incident a una superfície absorbida per la mateixa.


Figura 36: Lames venecianes d’alumini.

Figura 37: Fitxa tècnica vidre.


3. ANÀLISI TÈRMIC PER UNA CASA UNIFAMILIAR A SANTA MARIA DE PALAUTORDERA, VALLÈS ORIENTAL


3 ANÀLISI TÈRMIC

3.1 FITXER DE CLIMA

Amb l’estudi climàtic hem definit les dades meteorològiques dels últims 5 anys al solar ubicat al carrer del Pedraforca nº 9 de Santa Maria de Palautordera, Vallès oriental:

-‐ Temperatura seca (ºC). -‐ Humitat Relativa (%). -‐ Radiació directa normal (Wh/m2). -‐ Radiació global horitzontal (Wh/m2). -‐ Radiació difusa horitzontal (Wh/m2). -‐ Velocitat del vent (m/s). -‐ Direcció del vent. -‐ Grau de nuvolositat (%). -‐ Precipitació (mm).

A Partit d’aquest estudi hem definit una sèrie d’estratègies passives (figures 14, 15, 18 i 19 de l’estudi climàtic) que ens han de permetre augmentar considerablement el confort de l’usuari.

Figura 38: Comparativa del percentatge d’hores de confort sense i amb estratègies d’arquitectura passiva.

D B T (°C) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

A H

5

10

15

20

25

30

Co m fo rt


D B T (°C) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

A H

5

10

15

20

25

30

Co m fo rt


S E LE C T E D D E S IG N T E C H N IQ U E S :1. p a ss ive so la r he a ting 2. the rm a l m a ss e ffe c ts 3. e xp o se d m a ss + nig ht-p urg e ve ntila tio n 4. na tura l ve ntila tio n


3.2 FITXER DE RADIACIÓ I PERCENTATGE D’OMBRES

A més a més, mitjançant l’estudi de radiació i percentatge d’ombres, comprovem l’eficiència d’algunes de les estratègies passives de confort als finestrals. Alhora, decidim implementar altres estratègies (figures 35, 36 i 37 de l’estudi de radiació i percentatge d’ombres).

Figura 39: Distribució temporal i espacial de la radiació i mitjana de radiació diària a l’hivern entre les 12:30h a les 17:00h.

3.3 ÀNALISI TÈRMIC

Un cop realitzat aquests estudis comprovem totes les estratègies implementades mitjançant un anàlisi tèrmic i comparem el mateix projecte amb un sistema constructiu convencional per tal d’analitzar les diferències amb el sistema constructiu utilitzat. Per començar el càlcul tèrmic primer definim una sèrie de paràmetres:

a. Ubicació del solar (latitud, longitud, i alçada respecte el nivell del mar). b. Dades climàtiques de disseny d’hivern i d’estiu (segons el .stat de l’arxiu calibrat) i el % de

cobertura de calefacció i/o refrigeració (escollim 99,6%). c. Programació de l’ocupació de les estances tèrmiques en funció del seu ús:

1. Habitacions 2. Cuina 3. Bany 4. Estar 5. Menjador

d. Temperatura a partir de la qual s’activarà la calefacció (escollim 20ºC). e. Dissenyem plantilles de tancaments tant per l’opció constructiva escollida (d’ara a endavant

sistema frame) com del sistema convencional. 1. Façana:

a. Sistema Frame, U= 0,247 W/m2K (figura 40). b. Sistema Convencional, U= 0,553 W/m2K

2. Coberta plana: a. Sistema Frame, U= 0,178 W/m2K (figura 40). b. Sistema Convencional, U= 0,441 W/m2K

3. Llosa sobre el terreny: a. Sistema Frame, U= 0,353 W/m2K b. Sistema Convencional, U= 0, 0,353 W/m2K


4. Tabics: a. Sistema Frame, U= 0,247 W/m2K b. Sistema Convencional, U= 1,69 W/m2K

f. Dissenyem les finestres i definim una temperatura de funcionament de la ventilació (18ºC). A més a més creem un protecció solar basada en una protecció de lames venecianes d’alumini i color blanc (figures 35, 36 i 37 de l’estudi de radiació i percentatge d’ombres) programada en funció de l’estudi climàtic (juny i juliol).

5. Vidre finestres: a. Sistema Frame, U= 1,3W/m2K, Tranmissió solar total= 45%, Tranmissió llum=

65% b. Sistema Convencional, U= 2,65 W/m2K, Tranmissió solar total= 49%, Tranmissió

llum= 50,5% 6. Protecció solar (venecianes):

a. Sistema Frame, Protecció b. Sistema Convencional, Sense Protecció

g. Il·∙luminació: S’estableix una plantilla tipus per a habitatges. S’utilitza la mateixa plantilla per ambdós sistemes constructius.

h. Sistema Actiu (HVAC): Per fer un comparatiu optem per un sistema de calefacció opcional amb la única intenció de comparar en les dues tipologies constructives. Comparem a partir d’un sistema mitjançant radiadors d’aigua calenta. Utilitzem exclusivament electricitat tant per escalfar el circuït d’aigua calenta com per escalfar l’acumulador d’ACS.

Un cop definits tots els paràmetres ja podem calcular i analitzar els resultats.


Figura 40: Secció constructiva sistema frame.


3.3 RESULTATS ANÀLISI TÈRMIC

Per tal d’estudiar el comportament de l’edifici segons les opcions constructives adaptades hem decidit analitzar el comportament horari dels sistemes constructius en un dia típic de la setmana de disseny d’hivern (22 al 28 de Desembre) iun altre de la setmana de disseny d’estiu (27 de juliol al 2 d’agost).

3.3.1 ANÀLISI DEL CONFORT TÈRMIC

3.3.1.1 TEMPERATURA OPERATIVA DIA 22 DE DESEMBRE

Mentre que amb el sistema Frame aconseguim estar a una temperatura mitja diària de 16,71ºC amb el sistema Convencional estem a 12,88ºC. Així doncs, tot i que en els dos casos estem per sota la temperatura de confort mínima, 18ºC, hi ha 03,90ºC de diferència. En ambdós sistemes trobem la màxima temperatura interior a les 15:00h; 17,42ºc i 13,24ºC respectivament.

Figura 41: Comparativa de la temperatura operativa el dia 22 de desembre.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

01:00

02:00

03:00

04:00

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

19:00

20:00

22:00

23:00

00:00

Opció Frame

Opció Convencional


3.3.1.2 TEMPERATURA OPERATIVA DIA 27 DE JULIOL

En canvi a l’estiu, i degut a les condicions climàtiques que ja estudiades, el sistema Frame obtenim una temperatura mitja diària de 24,05ºC i amb el sistema Convencional estem a 23,66ºC. Així doncs, tot i la diferència de 0,39ºC, en els dos casos estem just al límit de la temperatura de confort, 24ºC. En el sistema Frame trobem la màxima temperatura interior a les 22:00h; 24,84ºc mentre que en el sistema Convencional la trobem a les 15:00h amb 24,42ºC. De totes maneres, amb el sistema Frame el comportament de la temperatura és molt més homogeni fet que redueix la sensació de disconfort.

Figura 42: Comparativa de la temperatura operativa el dia 27 de Juliol.

3.3.2 ANÀLISI DELS GUANYS I PÈRDUES PER TRANSMISSIÓ DE L’ENVOLVENT

3.3.2.1 TRANSMISSIÓ DIA 22 DE DESEMBRE

Amb el sistema Frame tenim un total de pèrdues per transmissió de 22,7kW mentre que amb el sistema convencional arribem a les 29,59kW. Hem considerat la suma de pèrdues per transmissió el conjunt d’energia perduda a través de les façanes, coberta, envans, vidre i la solera amb contacte amb el terreny (la mateixa per ambdós sistemes). A destacar que reduïm un 66,1% les pèrdues mitjançant la millora als vidres, un 36,2% en murs i un 12% a la coberta.

21

21,5

22

22,5

23

23,5

24

24,5

25

01:00

02:00

03:00

04:00

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

19:00

20:00

22:00

23:00

00:00

Opció Frame

Opció Convencional


Figura 43: Comparativa de pèrdues KW de l’envolvent el dia 22 de desembre.

3.3.2.2 TRANSMISSIÓ DIA 27 DE JULIOL

Amb el sistema Frame tenim un total de pèrdues per transmissió de 07,36kW mentre que amb el sistema convencional arribem a les 19,24kW. Hem considerat la suma de pèrdues per transmissió el conjunt d’energia perduda a través de les façanes, coberta, envans, vidre i la solera amb contacte amb el terreny (la mateixa per ambdós sistemes). A destacar que reduïm un 95% les pèrdues mitjançant la millora als vidres, un 60,4% en murs i un 57,8% a la coberta.

Figura 44: Comparativa de pèrdues KW de l’envolvent el dia 27 de juliol.

-‐6

-‐5

-‐4

-‐3

-‐2

-‐1

0 01:00

02:00

03:00

04:00

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

00:00

Opció Frame

Opció Convencional

-‐2,5

-‐2

-‐1,5

-‐1

-‐0,5

0

0,5

1

1,5

01:00

02:00

03:00

04:00

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

00:00

Opció Frame

Opció Convencional


3.3.3.1 GUANYS SOLARS PER FINESTRES 22 DE DESEMBRE

Amb les finestres del sistema Frame amb U= 1,3W/m2K obtenim uns guanys de 14.19kW i, amb els vidres d’una fusteria convencional, U= 2,65W/m2K, obtenim pràcticament el mateix resultat, 14,20kW.

Figura 45: Comparativa guanys solars (kW) per les finestres el 22 de desembre.

3.3.3.1 GUANYS SOLARS PER FINESTRES 22 DE DESEMBRE

En canvi, a l’estiu, amb les finestres del sistema Frame i les proteccions de les venecianes obtenim uns guanys de 05,47kW i, amb els vidres d’una fusteria convencional, U= 18,98W/m2K, un 72,70% més.

Figura 46: Comparativa guanys solars (kW) per les finestres el 27 de juliol.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

Opció Frame

Opció Convencional

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Opció Frame

Opció Convencional


3.3.4 CONSUMS ENERGIA

D’acord amb l’estudi comparatiu hem utilitzat un sistema de calefacció basat en radiadors elèctrics i l’ús d’una bomba de calor per ACS també elèctrica. Pel que fa a la refrigeració s’ha considerat que ens la podem estalviar optimitzant les propietats climàtiques del solar i les estratègies passives descrites a l’informe climàtic (a més a més hem comprovat com la temperatura operativa de l’interior està al llindar de la temperatura de confort establerta, 24ºC).

3.3.4.1 CONSUM D’ELECTRICITAT

El consum total d’energia del model Frame és de 5335,05 kWh i amb el model convencional es de 10023,27kWh. Per tant, si comparem els dos models constructius pel que fa a la demanda elèctrica, observem que el sistema Frame aconsegueix una reducció de 4688,22kWh, un 46,8%.

Figura 47: Comparatiu de consum total Kwh mensual entre el sistema frame i el sistema convencional.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Opció Frame

Opció Convencional


Si aïllem del consum total l’energia generada per a la calefacció de l’espai habitable ens n’adonem que l’estalvi quant a proporció augmenta: 1556,92Kwh amb el sistema Frame i 6703,24Kwh amb el sistema convencional, és a dir, un 76,77% d’estalvi.

Figura 48: Comparatiu de consum total Kwh mensual entre el sistema frame i el sistema convencional.

3.3.4.2 ESTALVI ECONÒMIC

L’estalvi en consum energètic ens proporciona un estalvi econòmic que s’ha quantificat en funció dels valors que facilita la Comisión Nacional de Energia. Pel que fa al cost del consum total d’electricitat trobem que en el sistema convencional el cost total és de 2018 euros mentre que amb el sistema frame dissenyat és de 1160 euros.

Figura 49: Comparatiu del cost total anual (euros) entre el sistema frame i el sistema convencional.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Opció Frame

Opció Convencional

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

Frame Convencional

PREU TOTAL


Si fem la comparativa de l’estalvi econòmic pel que fa a la despesa de la calefacció anual obtenim 1380 euros en una obra tradicional i 387 euros en el sistema dissenyat, model frame. Un 72% d’estalvi econòmic.

Figura 50: Comparatiu del cost total anual en calefacció (euros) entre el sistema frame i el sistema convencional.

3.3.5 CONCLUSIONS

Mitjançant el sistema constructiu Frame, hem aconseguit augmentar el confort considerablement i reduir la demanda energètica per a calefacció en un 76,7% i conseqüentment els seus costos relacionats. A més a més, hem pogut comprovar que la solució adoptada ens genera uns resultats òptims quan a transmissió tèrmica de la coberta, vidres i murs, així com l’aprofitament dels guanys solars per les finestres a l’hivern. Si ho comparem segons els criteris de certificació energètica de l’estàndar Passivhaus, un dels sistemes de certificació més exigents i més reconeguts a Europa, en demanda de calefacció obtenim uns resultats molt aproximats: 15Kwh/m2.any en l’estàndar Passivhaus, 17,93Kwh/m2.any en els sistema frame dissenyat i 77,19Kwh/m2.any en el model de referència dissenyat en obra tradicional .

Figura 51: Comparatiu de la demanda energètica en calefacció (Kw.h/m2.any)) entre l’estàndar Passivhaus, el sistema frame i el sistema convencional.

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1600,00

Frame Convencional

PREU TOTAL

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

PASSIVHAUS Opció Frame Opció Convencional

Kwh/m2 any

Calificación Energética · 6. Resultados Datos para la etiqueta de eficiencia energética...

Documents

Transcript of Calificación Energética · 6. Resultados Datos para la etiqueta de eficiencia energética...