SIMULACIÓN ENERGÉTICA DEL...

INFORME DEFINITIVO

SIMULACIÓN ENERGÉTICADEL EDIFICIO

Simulación energética del edificio.

C/. Fray Paulino, s/n. 33600 Mieres (ASTURIAS)Tfno.: 985 46 71 80 Fax: 985 45 41 43Página web: http://www.faen.es

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El objeto de este informe es doble. En primer lugar se trata de estimar elcomportamiento energético del edificio. En segundo analizar diversas estrategias quepermitan minimizar el consumo de energía del mismo y permita extraer conclusionespara diseñar las mejores soluciones viables técnica y económicamente en un edificiode estas características.

Para conseguir estos objetivos se han utilizado los datos facilitados por los distintosintegrantes del proyecto, teniendo en cuenta que algunos de ellos se basan enestimaciones realizadas y que han de ser refrendadas en análisis posteriores.



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SIMULACIÓN A TRAVÉS DE HERRAMIENTAS OFICIALES. PROGRAMA LIDER

Consideraciones iniciales

Para la primera de las simulaciones realizadas se ha utilizado como soporte informáticoel programa de referencia oficial para determinar el cumplimiento de la normativaaplicable a los edificios.Se trata del programa denominado LIDER, herramienta reconocida por el Ministerio deIndustria, Energía y Turismo de España. La dificultad de utilizar este programa es quealguna de las estrategias bioclimáticas que se utilizan para que la demanda energéticadel edificio sea baja no pueden introducirse directamente en el mismo por lo que hayque apoyarse o bien en análisis externos para, posteriormente, incluir elementos quetengan el mismo comportamiento energético o bien a simplificaciones que en algunoscasos pueden hacer que no se tengan en cuenta todas las ventajas que unadeterminada solución plantea. No obstante, este efecto hace que se obtenganresultados más conservadores o prudentes en relación al funcionamiento real deledificio, lo cual redunda en una mayor seguridad.En el momento de realizar el análisis no estaban totalmente definidos, aunque sí en sugran mayoría, algunos aspectos relativos a:

Características de los materiales de cerramientos y huecos Características de puentes térmicos (valores de transmitancia térmica lineal o

detalle constructivo) Cargas internas del edificio, ocupación y horario de funcionamiento Renovaciones/hora por espacios

En cualquier caso, los valores tomados son perfectamente asimilables a los quefinalmente serán asumidos.El análisis se ha realizado partiendo de los siguientes condicionantes: Transmitancia fachada este y oeste 0,15 W/m2K (composición por capas según

el detalle constructivo, suponiendo una conductividad 0,040 W/mK para la lanade roca, y añadiendo el efecto de la fachada ventilada mediante un materialficticio denominado efecto térmico)

Puentes térmicos mejorados (aislamiento por el exterior) Renovaciones/hora: 1,5 (en todos los espacios habitables) Transmitancia de cubierta (0,15 W/m2K considerando el efecto de la cubierta

vegetal en la transmitancia térmica) Transmitancia resto de cerramientos opacos: 0,22 W/m2K (se ha supuesto la

composición de forma que proporcione el valor de transmitancia anterior y elespesor de los forjados correspondientes)



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Transmitancia huecos (vidrio y marco): 0,8 W/m2K (obtenido mediante elprograma Calumen, utilizando la información disponible hasta el momento.)

Factor solar huecos: 0,3 (no se ha considerado ningún factor corrector parainvierno o verano)

Porcentaje de marco en los huecos por defecto (10%) Permeabilidad al aire de los huecos: 3 m3/hm2 a 100 Pa La zonificación se ha simplificado. Es necesario disponer del proyecto de

climatización definitivo para adaptar la zonificación. Se han considerado todas las zonas, excepto el gimnasio, como zonas de

representación a la hora de asignar el VEEI correspondiente

Por otro lado, y como ya se ha indicado, este proyecto contempla la inclusión dediferentes soluciones constructivas y sistemas cuya introducción en los programasinformáticos de calificación energética no es posible.

La solución más adecuada en este caso, es apoyarse en el documento informativo“Criterios para la aceptación de soluciones singulares a los programas de referencia yalternativos de calificación energética de edificios“.

Este documento especifica lo siguiente respecto a soluciones singulares que no puedanser introducidas en los programas informáticos:

En el caso de que el proyectista proponga en el proyecto soluciones singulares, quedesee sean consideradas en la calificación energética del edificio, y que éstas no esténincluidas en los programas de Referencia o Alternativo, el proyectista justificarádocumentalmente en un Anexo al documento “certificado de eficiencia energética” lossiguientes aspectos:

a) Descripción de la solución singular que no ha podido ser calificada energéticamenteutilizando el programa de Referencia o Alternativo debido a las limitaciones deaplicabilidad de estos programas para ese caso concreto y justificación de los motivosque hacen que no sea aplicable el programa de Referencia o Alternativo.

b) Calificación que obtendría el edificio sin considerar esta solución singular yconsiderándola.

c) Procedimiento que se propone para evaluar el comportamiento energético de éstasolución singular, bien sea: método de cálculo alternativo, estudio específico, ensayo,campaña de medidas, etc.

d) Resultados de las pruebas, comprobaciones e inspecciones que específicamente sehayan realizado sobre el edificio terminado para confirmar la incidencia en lacalificación energética de la solución singular anterior en el edificio.



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Por tanto, se considera que la mejor opción para introducir estas soluciones singulareses la utilización de métodos de cálculo o simulaciones energéticas alternativas. Por ellose han realizado una simulación del edificio mediante otros programas de generalutilización.

Resultados obtenidos1

Con las consideraciones indicadas anteriormente se ha realizado la simulaciónenergética obteniéndose lo siguientes resultados:

Vista 3D del edificio Vista del edificio de referencia

Se observa que se han incluido los elementos que actúan como sombreamiento deledificio y permiten así reducir su demanda energética en refrigeración.Las capas de materiales que definen los cerramientos son:

Muro exterior: 0,22 W/m2K Solera: 0,21 W/m2K Cubierta: 0,22 W/m2K Forjado: 1,71 W/m2K Tabique: 2,81 W/m2K Fachadas este-oeste: 0,14 W/m2K Cubierta vegetal: 0,15 W/m2K Vidrio sur: 0,80 W/m2K Vidrio lucernario: 1,00 W/m2K Marco: 0,70 W/m2K

1 Los datos introducidos y los resultados obtenidos se muestran en detalle en el Anexo I.



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Introduciendo también la zona climática donde se proyecta el edificio, su orientación yotros aspectos significativos, el resultado es que el edificio cumple con lareglamentación, tal y como se aprecia en la siguiente figura.

Adicionalmente a ello, los valores de demanda de calefacción y refrigeración son muybajos, sobre todo en el segundo apartado:

La distribución mensual es:

Calefacción mensual

-7,37 -6,07 -5,64 -3,65 -0,45 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 -3,87 -7,08

Refrigeración mensual

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,51 0,80 0,00 0,00 0,00 0,00

No obstante, estos valores tan bajos de la demanda de refrigeración han de seranalizados con cautela ya que el programa plantea escenarios para la zona climáticadonde se sitúa el edificio muy poco intensivos.



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Por ello, esta simulación se toma como un primer punto de aproximación alcomportamiento energético del edificio, referido a su demanda de energía, pero ha deser completado con otras simulaciones donde se puedan incluir todas las solucionesconstructivas realizadas.



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SIMULACIÓN A TRAVÉS DE HERRAMIENTAS ALTERNATIVAS. ENERGY PLUS.

En este apartado se incluye la modelización energética del edificio en condiciones deevolución libre primero, proponiendo después elementos que pueden conducir a lascondiciones de confort adecuadas para estimar finalmente, las energías renovablesnecesarias para la consecución del objetivo energético2.

Para la simulación del edificio en evolución libre se ha utilizado el software desimulación energética Energy Plus que permite predecir los consumos finales deenergía de un edificio a partir de la descripción detallada su geometría y envolvente,de las cargas internas y de los sistemas de HVAC propuestos en el diseño. Comointerfaz gráfica del software de simulación se ha utilizado la herramientaDesignBuilder.

Vista 3D del edificio

En la siguiente figura se representa los balances de energía a través de la envolventedel edificio. Como era de esperar, las mayores pérdidas y ganancias a través decerramientos se producen en las grandes áreas acristaladas, por lo que elcomportamiento del edificio va a ser muy dependiente del correcto diseño de estos.

2 Los contenidos incluidos en este apartado forman parte del informe completo que se encuentra en elAnexo II del presente documento. Por tanto, es un resumen con los resultados más significativos delmismo.



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Se han realizado simulaciones del edificio en evolución libre, es decir sin sistemasmecánicos de climatización ni ventilación. Este tipo de simulaciones permiten evaluarel comportamiento pasivo del edificio, e identificar los momentos y las zonas deledificio en las que no se alcanzan las condiciones de confort.

A partir de estos datos se plantean distintas posibilidades para adecuar las condiciones deledificio a unos valores de confort para sus usuarios. Son las siguientes:

Optimización del sombreado. Con ello se obtendría radiación solar en régimen decalefacción y se evitaría en régimen de refrigeración.

Mejora de la transmitancia térmica de los vidrios planteados en el proyecto.



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Acción conjunta de ambas soluciones.

Para continuar con la simulación se incluye el efecto que los sistemas de climatizacióntendrían. Se analiza el comportamiento del edificio con la utilización de bombas de calor agua-agua, con elemento emisor suelo radiante a partir de una losa termoactivada. La ventilaciónmecánica propuesta cumple la normativa vigente aplicable. Con todo ello, los valores totalesde consumo eléctrico obtenidos incluyendo otros elementos consumidores presentes en eledificio (iluminación artificial, circulación de fluidos, circuito de refrigeración y otros) son lossiguientes:

Consumos eléctricos (KWh/año) Losa TA + ventilación mecánicaCPD en sala sótano

(Potencia TSK)

Calefacción 7280,64

Refrigeración 9377,51

Iluminación interior 10.554,15

Iluminación exterior 2265,64

Equipos 47994,80

Ventiladores 184,97

Bombas 498,73

Condensación 160,42

TOTAL 79288,54

Finalmente, se analiza la posibilidad de que una parte significativa de estos consumoseléctricos sea satisfecha a partir de fuentes energéticas renovables del propio edificio. Por ellose plantea la inclusión de una instalación fotovoltaica.

Otras posibilidades son la inclusión de elementos de almacenamiento que aprovechen enmayor grado la inercia térmica del propio edificio permitiendo desconexiones parciales o quepermitan acumulaciones térmicas en el interior del edificio (depósitos de agua o piscina).También se plantea la inclusión de una pila de combustible o de un equipo de micro-cogeneración por bio-diésel o aceite reciclado.

Con todo ello, y como resumen a las simulaciones efectuadas, las estrategias a seguirplanteadas son las siguientes:

Aplicación de las medidas pasivas descritas (envolvente optimizada, sombreados,ventilación natural, Iluminación natural,…).



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Aplicación de medidas activas en el diseño de la instalación (bombas de caloreficientes impulsando agua a temperaturas adecuadas (menos frío en verano, menoscaliente en invierno y resto de medidas indicadas), así como sistemas de controlinteligentes integrados con las estrategias pasivas.

Optimización de la envolvente fotovoltaica, aumentando la producción y explotandolas inclinaciones y orientaciones que produzcan mayor electricidad anualmente.Aumento de la producción solar fotovoltaica por metro cuadrado con tecnología conmás eficiencia por metro cuadrado.



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ANEXOS



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ANEXO I. DOCUMENTACIÓN SIMULACIÓN PROGRAMA LIDER



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ANEXO II. SIMULACIÓN

1 Introducción y objeto

1.1 ObjetoEl presente informe muestra un resumen de los trabajos de modelizado energético delproyecto The Autonomus Office LIFE11 ENV/ES/622 realizado en apoyo de los trabajosde la actividad B1. Para ello se ha realizado la modelización energética del edificio encondiciones de evolución libre primero, incluyendo después los sistema descritos eneste informe para estimar finalmente, las energías renovables necesarias para laconsecución del objetivo energético.

Tal como se planeaba en la actividad B1 las modelizaciones llevadas a cabo hanpermitido asesorar al equipo de diseño en los siguientes puntos:

Apoyo a los arquitectos testeando las estrategias bioclimáticas planteadas yoptimizando el diseño pasivo del edificio.

Identificación de la demanda energética anual del edificio incluyendo lasestrategias pasivas definidas por el equipo de diseño.

Apoyar en los estudios de viabilidad de los sistemas e instalaciones para respondera la demanda y necesidades del edificio.

Definir la capacidad de los sistemas de producción renovable del edificio parasatisfacer la demanda.

Evaluación del consumo energético y definición de la energía generada por lossistemas de generación de energía renovable del edificio.

Evaluar los requisitos para alcanzar el balance energético nulo (net zero)

1.2 ExclusionesLas simulaciones han sido realizadas basadas en el Proyecto Básico definitivo sirviendopara proporcionar el “input” que ha permitido influenciar el diseño final realizado talcomo se indica arriba. Sin embargo, los resultados mostrados en este informe:

No sirven para definir el Consumo energético final del edificio construido queentendemos variara al variar el diseño final y la construcción ejecutada.

No debe usarse para el dimensionado de las instalaciones y sus potencias máximaso nominales que deberán ser calculadas por el proyectista de las instalacionestérmicas y eléctricas. Estos realizaran los cálculos de diseño siguiendo criterios dedimensionado de la normativa vigente.

El presente informe está basado en las instrucciones y necesidades específicas denuestro cliente. No está destinado al uso por terceras personas para otros fines,ante las cuales quedamos exentos de toda responsabilidad u obligación.



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2 Simulación del edificio en evolución libre

2.1 Modelado del edificioPara la simulación del edificio en evolución libre se ha utilizado el software desimulación energética “Energy Plus”, desarrollado por la oficina de EficienciaEnergética y Energías Renovables del Departamento de Energía de Estados Unidos(http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus/). Este software permite predecirlos consumos finales de energía de un edificio a partir de la descripción detallada sugeometría y envolvente, de las cargas internas y de los sistemas de HVAC propuestosen el diseño. Como interfaz gráfica del software de simulación se ha utilizado laherramienta DesignBuilder. La figura 1 muestra el modelo geométrico del edificio BFC.

Figura 1. Modelo del edificio BFC

El modelo del edificio en evolución libre se basa en los siguientes datos del proyecto:



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Geometría y zonificación del edificio según Proyecto Básico definitivo. Lasfiguras que se presentan a continuación representan la geometría de las plantas ylas zonas térmicas consideradas en el modelo.

Figura 3. Planta primera. Zonificación

Figura 2. Planta Baja. Zonificación



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Figura 4 Planta segunda. Zonificación

Figura 5. Planta tercera. Zonificación

Cerramientos y acristalamientos según proyecto Básico Definitivo: Todos loscerramientos así como los acristalamientos se han introducido capa a capa dematerial teniendo en cuenta el espesor, el tipo de material y su posiciónrelativa. La siguiente imagen muestra la definición de la fachada norte:



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Figura 6. Cerramiento norte



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Para las fachadas Este y Oeste, el revestimiento exterior sobre el que vananclados los paneles FV se ha simulado como un sombreamiento exterior.Los acristalamientos se han introducido uno a uno manteniendo los tamaños yla posición según los alzados de fachada del proyecto básico.



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Figura 7. Cerramiento E y O

Figura 8. Acristalamiento (sin sombreado exterior)

Nota: El coeficiente de sombreado indicado arriba en la fig.8 para losacristalamiento no incluye el efecto del sombreado exterior de la pérgola.Dicho efecto es calculado directamente por el software de simulación enfunción de la geometría de la pérgola y las distintas altitudes solares. Elcoeficiente resultante se aproxima a 0,1 para los meses de verano.

Iluminación. Se ha considerado iluminación LED en todo el edificiointroduciendo en cada una de las zonas la potencia de iluminación segúnplanos.

o Horario de iluminación: 100% de uso de 9-13h y de 17-19h 75% de uso de 14-16h



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Iluminación natural. Se han incluido en el modelizado los sensores de controlde iluminación natural que apagan la instalación de alumbrado cuando la zonaobtiene el nivel de iluminación requerido.

Ventilación natural: El software utilizado permite realizar cálculos deventilación natural en función de los vientos incidentes y de las aperturashabilitadas en el edificio para tales efectos. Para tener en cuenta los efectosbeneficiosos de la ventilación natural se ha realizado las siguientes hipótesis:

o Las plantas 1-3 tienen aperturas de un área de 2 m2 en Fachada sur y2.5 m2 en fachada norte.

o Se ha supuesto que durante los meses de mayo a septiembre estáhabilitada la ventilación natural siempre que la temperatura exterior nodisminuya de los 18ºC.

o El horario de ventilación se mantiene durante el día y la noche haciendouso de la ventilación nocturna cuando sea aplicable.

Sombreamientos. El modelo considera dos tipos de sombreamientos.o Sombreamiento exterior fijo: Se ha introducido la geometría de a

pérgola FV, incluyendo para cada uno de los módulos el % detransparencia según datos de ONYX solar.

Figura 9. Detalles de pérgola fotovoltaica



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o Sombreamiento interior: se han modelizado los estores interioresdurante el día cuando la radiación solar directa supera el valor de250w/m2. Durante las noches de invierno bajan para disminuir laspérdidas por radiación al cielo.

Cargas internas:o Ocupación: se han considerado 15 personas por planta, con unas

ganancias por persona de 120 w/persona que se corresponde contrabajo de oficina. Horarios de ocupación:

Ocupación total de 9-13h y de 17-19h Ocupación del 75% de 14-16h

o Equipos de oficina: se han considerado 15 ordenadores por planta, conuna carga de 135 W/ordenador, lo que se corresponde con unos 15w/m2 de cargas de equipos correspondiente al área de oficinas. Se haconsiderado que los ordenadores irán ubicados en el sótano. Horario de equipos de oficina= mismos ratios que de ocupación.

o Cargas de la sala de fitness: se ha supuesto un carga de equipos de 20w/m2 con la ocupación de las oficinas.

o Cargas de la cocina: 20W/m2 durante las horas de desayuno y comida.o Cargas de baños: 5W/m2 con el horario de ocupación de oficinas.

2.2 Balance energéticos del edificioEn la siguiente figura se representa los balances de energía a través de la envolventedel edificio. Como era de esperar, las mayores pérdidas y ganancias a través decerramientos se producen en las grandes áreas acristaladas, por lo que elcomportamiento del edificio va a ser muy dependiente del correcto diseño de estos.



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La siguiente figura muestra la contribución porcentual de cada tipología de cargasinternas existente en el edificio. La mayor contribución de cargas se produce por lasganancias solares a través de los ventanales.

Figura 10. Ganancias de calor por cerramiento

Figura 11. Distribución porcentual de cargas internas por tipos



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El análisis de los balances energéticos del edificio indica que los acristalamientos sonel elemento crítico en el diseño pasivo del edificio ya que constituyen un porcentajeelevado del área de la envolvente y además constituyen puentes térmicos en elaislamiento del edificio al tener mayor coeficiente de transmisión de calor que losmuros opacos.

2.3 Confort en evolución libreSe han realizado simulaciones del edificio en evolución libre, es decir sin sistemasmecánicos de climatización ni ventilación.

Este tipo de simulaciones permiten evaluar el comportamiento pasivo del edificio, eidentificar los momentos y las zonas del edificio en las que no se alcanzan lascondiciones de confort.

En la siguiente figura se muestra la evolución de la temperatura en la zona de oficinade la segunda planta (considerada como representativa del edificio), y se compara conla franja de temperaturas de confort (20-26ºC). La imagen también muestra latemperatura exterior y las ganancias de radiación solar de la zona.

Figura 12. Comportamiento del edificio en evolución libre. Temperatura interior de las oficinas



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El análisis de los datos del proyecto básico indicaba que existen diferentes causas dedisconfort en el edificio en evolución libre.

VERANO

o Disconfort por exceso de radiación solar y bajo potencial de ventilacióndebido a las bajas temperaturas del ambiente (< 18ºc). Estas situacionesse producen al principio y al final del verano.

o Disconfort debido a las altas temperaturas exteriores.

INVIERNO

o Disconfort por las bajas temperaturas exteriores.

2.3.1 Medidas para mejora del confort

En este apartado se proponen una serie de medidas para mejorar el confort en elinterior del edificio desde su estado de evolución libre. Como primer paso se optimizanlas medidas pasivas antes de pasar a la inclusión de medidas activas del diseño deinstalaciones:

2.3.1.1 Optimización del sombreado

La primera propuesta para mejorar el comportamiento térmico del edificio esoptimizar el sombreamiento, de modo que deje pasar la radiación solar en los mesesde invierno y que lo bloquee en verano.

El diseño óptimo de sombreamiento de la fachada sur del edificio BFC se correspondecon un voladizo para una altura solar de 45ºC, que permite alargar el periodo desombra de abril hasta octubre, tal y como se muestra necesario en la Figura 11.

En la siguiente gráfica se compara la evolución anual de las ganancias solares en lafachada sur. La imagen superior se corresponde al diseño actual y la imagen inferior aldiseño optimizado.



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Figura 14. Ganancias solares con sombreamiento optimizado

La optimización del sombreado reduce las horas de disconfort en verano al bloquear laradiación solar en los meses de final de agosto y septiembre, pero también en inviernoal dejarla pasar la radiación beneficiosa. En la siguiente imagen se muestra la mejoraen horas de confort interior como consecuencia de mejorar el sombreado. Se observacomo el número de horas en que la temperatura cae dentro de la franja de confort essuperior cuando optimizamos el sombreado (azul).

Figura 15. Mejora confort al optimizar el sombreado

2.3.1.2 Mejora U-value de los vidrios

La segunda propuesta para mejorar el confort en el interior del edificio es el cambio aun acristalamiento más aislante, es decir con un U-value inferior al propuestoinicialmente en el proyecto Básico.

La mejora del coeficiente de transmisión de calor del vidrio mejora el nivel deaislamiento del vidrio y por lo tanto del edificio, lo que se traduce en menos pérdidas

Ilustración 1. Ganancias solares con sombreamiento del proyectoFigura 13. Ganancias solares con sombreamiento de proyecto



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de calor en invierno y menos ganancias en verano. La siguiente imagen muestra lamejora relativa en horas de confort.

Figura 16. Mejora de confort al optimizar vidrios

2.3.1.3 Mejora vidrios y optimización del sombreado

La mejora del coeficiente de transmisión de calor del vidrio mejora el nivel deaislamiento del vidrio y por lo tanto del edificio, lo que se traduce en menos pérdidasde calor en invierno y menos ganancias en verano, tal y como se observa en la gráfica(línea de puntos azules).

Figura 17. Mejora del confort al optimizar vidrios y sombreado

A continuación se muestran los porcentajes de horas de disconfort en cada uno de loscasos analizados.



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Figura 18. Horas de disconfort

Como resultado de las propuestas pasivas y bioclimáticas se aprecia que el número dehoras donde las instalaciones consumidoras de energía son necesarias para mantenerel confort se reducen drásticamente.

3 Simulación del edificio con sistemas decalefacción y refrigeración radiante

3.1 Modelado de sistemasEl siguiente paso ha sido simular el edificio incluyendo sistemas de climatización. Elmodelo del edificio es el mismo que el apartado 2. Para la simulación de los sistemasse han adoptado las siguientes hipótesis.

Producción de agua caliente y agua fría:

o Bomba de calor para calefacción agua-agua (Daikin). Producción deagua caliente a 45ºC.

o Bomba de calor para refrigeración agua-agua (Daikin). Producción deagua fría a 13ºC.



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o Condensación por torre.

Figura 19. Modelado de sistemas de generación de agua fría y agua caliente.

Suelo radiante:

o Losa termoactivada con 15 cm de hormigón arriba y abajo

o Tubos de 13mm de diámetro y 2 mm de espesor.

o Separación entre tubos de 0.1 m.

o Tª impulsión de calefacción: 35ºC

o Tª impulsión de refrigeración: 18ºC



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Figura 20. Representación esquemática de sistemas de HVAC

Ventilación. Se ha supuesto un sistema de ventilación con caudales según RITE,mediante una climatizadora, que introduce exclusivamente el aire exteriornecesario en cada una de las salas cuando la ventilación natural no es suficienteo adecuada térmicamente para mantener la calidad de aire (niveles de CO2).

Figura 21. Esquema de climatizadora de aire exterior

3.2 Balances energéticos del edificio con sistemas activos.A partir de las simulaciones energéticas del edificio incluyendo los sistemas declimatización radiante se ha calculado el balance energético preliminar para el edificiode BFC. La Figura 22 representa los porcentajes de consumo eléctricocorrespondiente a cada uso final de la energía.



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Figura 22. Balance energético preliminar del edificio BFC. Porcentajes sobre el total enfunción de usos.

La siguiente tabla muestra el consumo eléctrico total del edificio bajo las hipótesis demodelizado del edificio y de los sistemas descritos en los apartados anteriores. Se hanrealizado varias simulaciones incluyendo sistemas de forma secuencial: sin sistemas,con losa termoactivada (LTA), con LTA y con ventilación mecánica.



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Consumoseléctricos

(KWh/año)

Evoluciónlibre

Losa TA Losa TA +ventilaciónmecánica

Calefacción 0 4645,29 7461,47

Refrigeración 0 4516,48 4079,8

Iluminacióninterior (con ilu.natural)

10554,15 10554,15 10554,15

Iluminaciónexterior

2265,64 2265,64 2265,64

Equipos 17609,4 17609,4 17609,4

Ventiladores 0 0 131,8

Bombas 0 586,12 447,74

Torre decondensación

0 148,15 74,29

TOTAL 31433,21 40325,23 42865,84

Tabla 1. Consumos eléctricos preliminares. Desglose según usos.

3.3 Comparativa de sistemas radiantes: losatermoactivada y suelo radiante.

Para este estudio se ha desarrollado un modelo parcial del edificio en el softwareTRNSYS (Transient Energy System Simulation Tool, www.trnsys.com), que permiteanalizar el comportamiento térmico y energético dinámico de la losa termo-activada ycompararlo con el comportamiento de un suelo radiante convencional.

En los siguientes apartados se analiza la evolución de la temperatura superficial delsuelo y de las oficinas climatizadas para tres casos de estudio:

Losa termo-activada con agua caliente a 35ºC

Losa termo-activada con agua caliente a 50ºC

Suelo radiante con agua caliente a 35ºC



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3.3.1.1 Modo calefacción

Figura 23. Temperatura superficial de las superficies radiantes. Modo calefacción.Evolución durante una semana de invierno.

Timpulsiónagua

(ºC)

Tsuperficie

(ºC)

Oscilacióndiaria (ºC)

COP BCDaikin

Horasdisconfort

Losa TA 35 22ºC 3 4,24 175

Losa TA 50 24ºC 2 2,72 0

Suelo Radiante 35 25-26ºC 4-5 4,24 10

Tabla 2. Parámetros de funcionamiento de los sistemas radiantes. Modo calefacción

Los resultados de la simulación indican que el suelo radiante activado con agua a 35ºCconsigue las mismas temperaturas superficiales que la losa termoactivada con agua a50ºC. Adicionalmente hay que tener en cuenta que el rendimiento de la bomba decalor depende de la temperatura a la que suministra el agua. A 35ºC el rendimiento dela bomba de calor es mejor que si se suministra a 50ºC. Por último, la evolución diariade las temperaturas indica también mayores oscilaciones térmicas en el caso del sueloradiante, debido a su menor inercia térmica.



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3.3.1.2 Modo refrigeración

Si se compara el comportamiento de los dos sistemas en modo refrigeración,impulsando agua a 18ºC en ambos casos, las dinámicas observadas son muydiferentes. El suelo radiante al tener menor inercia está constantemente encendiendoy apagando frente al comportamiento térmico de la losa que es más estable.

Figura 24. Temperatura superficial las superficies radiantes. Modo refrigeración.Evolución durante 4 días de verano.

Timpulsiónagua

(ºC)

Tsuperficie

(ºC)

Oscilacióndiaria (ºC)

RendimientoBC Daikin

Horasdisconfort

LosaTA 18 24-25ºC 2 5,64 28

SueloRadiante

18 20-21ºC 4-6ºc 5,64 454

Tabla 3. Parámetros de funcionamiento de los sistemas radiantes. Modo refrigeración

3.3.1.3 Inercia térmica de los sistemas radiantes.

Se ha calculado el tiempo de carga de los sistemas radiantes analizados. Los resultadosde las simulaciones muestran que la losa temoactivada tarda unos 3 días en cargarse,mientras que el suelo radiante los hace en un día. Asimismo se puede observar que laoscilación diaria de la temperatura media del suelo radiante es muy superior a laoscilación de la temperatura de la losa termoactivada.



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Figura 25. Inercia de los sistemas radiantes

Este mismo efecto se observa en la temperatura interior de la sala acondicionada. Losespacios acondicionados por la losa TA tienen menor oscilación térmica diaria que losespacios acondicionados mediante suelo radiante convencional.

Figura 26. Evolución semanal de la temperatura de las oficinas. Suelo Radiante y LosaTA.



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4 Balance global de edificio y energíasrenovables. Hacia el “Net Zero Energybuilding”

En los apartados anteriores se ha evaluado el consumo energético del edificioconsiderando las estrategias de eficiencia energética tanto a nivel pasivo (envolvente,inercia,..) como a nivel activo (sistemas), y con ello se han obtenido unos consumosenergético anuales preliminares.

El objetivo de este apartado es evaluar el porcentaje de energía (necesaria oexcedente) generado por los sistemas renovables y compáralo con el consumoenergético del edificio para valorar el nivel de cumplimiento de los requisitos de “NetZero Energy Building” y si es necesario proponer las acciones necesarias pasa sucumplimiento.

Para cumplir con este objetivo se ha desarrollado un modelo con el software desimulación dinámica de sistemas TRNSYS (Transient Energy System Simulation Tool,www.trnsys.com). Se trata de un software con estructura modular especialmentediseñado para la simulación acoplada de edificios y sistema solares activos.

El modelo desarrollado incluye módulos de:

Edificio BFC

o Cargas internas

o Cargas de iluminación

o Cargas de equipos

Sistema de climatización radiante con Bomba de Calor (Daikin AlthermaMonoblock)

Instalación de producción eléctrica FV (Onix).



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Figura 27. Modelo de TRNSYS desarrollado para el edificio BFC.

4.1 Perfil anual de los consumosEn este apartado se muestran los perfiles horarios anuales para diferentes consumosdel edificio calculados en las simulaciones descritas anteriormente. Las gráficasrepresentan la evolución horaria anual y están representados en kW.



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Figura 28. Consumo eléctrico anual de iluminación (kW)

Nota: El perfil muestra la gran influencia de la iluminación natural en la reducción del consumoeléctrico de alumbrado.

4.1.1 Consumos de equipos

Figura 29. Consumo eléctrico anual de equipos (kW)



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4.1.2 Consumos de bombas de calor para climatización radiante

Figura 30. Consumo eléctrico anual de bombas de calor (Daikin) para climatizaciónradiante (kW)

Nota: El perfil muestra como con el uso de las medidas pasivas indicadas se reduce losconsumos de climatización considerablemente especialmente en verano. También muestraque los consumos de invierno y verano y las disipaciones térmicas asociadas a las bombas decalor no están compensadas anualmente.



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4.1.3 Consumo global del edificio

Figura 31. Consumo eléctrico global del edificio. Cálculos preliminares. (kW)

4.1.4 Producción fotovoltaica

Figura 32. Producción fotovoltaica (kW)



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4.2 Balance Net-Zero

En la siguiente figura se representa conjuntamente el consumo eléctrico anual deledificio BFC y la producción fotovoltaica. La figura muestra valores integradoshorariamente y a lo largo de todo el año.

Figura 33. Consumo edificio y producción fotovoltaica. Datos horarios integrados (KWh)

Las figuras anteriores (fig.31,32,33) de consumo, producción fotovoltaica y evoluciónanual muestra tanto el desfase entre producción y consumo como que el balanceanual, aunque cercano, no es neutro,( no Net-Zero). En invierno el consumo es mayorque la producción, mientras que en verano la producción supera el consumo.



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Figura 34. Consumo eléctrico y producción anual (kWh/año)

El siguiente apartado analiza en mas detalle este resultado y plantea sugerencias demejora.

4.2.1 Sugerencias para alcanzar el Net-Zero energy building

El primer objetivo del proyecto pensamos debe ser la consecución del net zero energybuilding que basado en el diseño actual sería alcanzable por medio de:

Aplicación de las medidas pasivas descritas (envolvente optimizada,sombreados, ventilación natural, Iluminación natural,…) que entendemos yason parte del proyecto pero deben ser consideradas también en el diseño deinstalaciones.

Aplicación de medidas activas en el diseño de la instalación (bombas de caloreficiente impulsando agua a temperaturas adecuadas (menos frío en verano,menos caliente en invierno y resto de medidas indicadas), así como sistemas decontrol inteligentes integrados con las estrategias pasivas.

Optimización de la envolvente fotovoltaica, aumentando la producción yexplotando las inclinaciones y orientaciones que produzcan mayor electricidadanualmente. Aumento de la producción solar fotovoltaica por metro cuadradocon tecnología con más eficiencia por metro cuadrado.

Como se ha indicado arriba los balances presentados en este informe son preliminaresbasados en el diseño en progreso. El diseño final podrá confirmar consumos de lasinstalaciones y equipos (ventilación , bombas de agua,…).



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Los consumos energéticos preliminares calculados muestran que el balance entreproducción y consumo no supera los 15MWh/año, lo que sitúa al edificio BFC muycerca del Net Zero.

Si las estrategias pasivas y activas (instalaciones) se llevaran a cabo adecuadamentepara un proyecto ejemplarizante como el que nos ocupa y no como un edificioconvencional pensamos que el balance net-zero sería alcanzable con la instalaciónfotovoltaica optimizada.

Por otro lado, no nos queda claro cuál es la definición precisa del objetivo energéticodefinido para el proyecto LIFE “The Autonomous Office”. No pensamos sea adecuadoplantear un edificio en un entorno urbano con una red eléctrica plenamente operativaque trabaje “en modo isla” sin requerir nunca energía de la red exterior o sin usarnunca la red eléctrica para volcar sus excedentes renovables.

La optimización tanto medioambiental como económica del “energy mix” del edificiodebe buscar también el “cost optimal” a lo largo del todo el ciclo de vida perseguidopor las Directivas europeas y pensamos esto no debe requerir el modo de consumoenergético tipo isla aprovechando también las energías limpias producidas fuera delproyecto.

Por otro lado, la posibilidad de incorporar elementos de almacenado y regulaciónpueden optimizar estos intercambios “inteligentes” con la red eléctrica exteriorpermitiendo la flexibilidad requerida. Esta flexibilidad permitirá esperar las señales demercado que permitan el “cost optimal” y podrán atenuar el marco regulatorionegativo como el existente en España en la actualidad.

Una mayor independencia de la red exterior se lograría con

Posibilidad de elementos de almacenamiento: Inercia térmica del propio edificio permitiendo desconexiones parciales de

la climatización. Ya existente y que deberá incorporarse en el sistema decontrol del edificio.

Otras acumulaciones térmicas en el interior del edificio (depósitos de aguao piscina)

Posibilidad de acumulación carga geotérmica estacional. Pila de combustible (entendemos es ya parte del proyecto LIFE) Posible baterías eléctricas (tal vez relacionado con vehiculo eléctrico)

Otras producciones eléctricas renovables: El equipo de diseño ha considerado lainstalación de un equipo de mini-cogeneración por bio-diésel o aceite reciclado.



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ADENDA

Objetivo de la Adenda

Este documento es una Adenda al “Informe resumen de la virtual simulations queapoyan la actividad B1 del proyecto LIFE11ENV/ES/622”.

El contenido de esta Adenda muestra los consumos energéticos resultantes de unasimulación adicional, donde se han variado los inputs de potencia informática yelectrónica de red, de acuerdo con los datos de proyecto de TSK.

Hipótesis de potencia de equipos de oficina y electrónica dered

De acuerdo con la información disponible, se han aumentado las potencias instaladasen equipos de oficina. Las nuevas hipótesis de diseño son:

1) Potencia instalada en zonas de oficinas (debidos a las pantallas de ordenador,impresoras, etc): 15 w/m2.

2) Potencia instalada en la sala del servidores de la planta sótano: 1000 w/m2(acorde con los 6kW de potencia eléctrica de CPD según proyecto TSK).

3) La sala del clúster está climatizada con un equipo de aire, con una temperaturade consigna que no supere los 26ºC.

Consumo eléctrico global

La siguiente tabla muestra el consumo eléctrico total desglosado del edificio BFC bajolas nuevas hipótesis de modelizado detalladas en el apartado anterior.



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Consumos eléctricos(KWh/año)

Losa TA + ventilaciónmecánica

CPD en sala sótano(Potencia TSK)

Calefacción 7280,64

Refrigeración 9377,51

Iluminación interior 10.554,15

Iluminación exterior 2265,64

Equipos 47994,80

Ventiladores 184,97

Bombas 498,73

Condensación 160,42

TOTAL 79288,54

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