14 Dubravka Matic - Estrategias de Diseno Solar Pasivo en Edificacion_COMPLETO

8/2/2019 14 Dubravka Matic - Estrategias de Diseno Solar Pasivo en Edificacion_COMPLETO

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2010

Alumno: Dubravka MaticTutores: prof. dr. Jaume Roset ;

prof dr Helena Coch Roura

Estrategias de diseo solar pasivo para ahorroenergtico en edificacin

Universidad Politcnica de Catalua.Escuela Tcnica Superior de

Arquitectura de Barcelona.Dpto. Construcciones Arquitectnicas I.Mster Arquitectura Energa y MedioAmbienteSeptiembre 2010

Propuestas para disminucin dedemanda calorfica y frigorfica enclima continental templadotemplado

Tesina


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Estrategias de diseo solar pasivo para ahorro energtico en edificacin

Universidad Politcnica de Catalua.Escuela Tcnica Superior de Arquitectura de Barcelona.

Dpto. Construcciones Arquitectnicas I.Mster Arquitectura Energa y Medio AmbienteSeptiembre 2010

Estrategias de diseo solar pasivopara ahorro energtico en edificacin

Propuestas para disminucin de demanda calorfica y frigorfica en clima

continental templado

Dubravka Matic

Tesina presentada al Master Oficial Arquitectura, Energay Medio Ambiente de la Universidad Politcnica de

Catalunya, Barcelona, Espaa.Tutores: prof. dr. Jaume Roset ; prof.dr. Helena Coch - Roura


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ResumenEl factor principal y determinante en tomar decisiones sobre el diseo de

vivienda siempre es el clima, en bsqueda constante para equilibrar la relacin entreella y condiciones optimas de confort trmico. Hoy en da, arquitectura no se puededesvincular de la eficiencia energtica, que es un factor inevitable desde losprincipios de diseo. Los puntos crticos en consumo energtico en edificacinresidencial en Serbia sigue siendo calefaccin y es imprescindible determinar lasmaneras para afectar positivamente el consumo total. Este trabajo estudia loselementos y estrategias climticas de diseo, los efectos trmicos en el espaciointerior de edificio como consecuencia de estrategias determinadas, es decir, lasdemandas energticas. Buscando la efectividad de sistemas pasivos de calefaccin,se encontr la necesidad real para aplicacin de los sistemas activos, en el mismotiempo valorando sus exigencias para energa primaria.

palabras clave: clima continental templado, arquitectura bioclimtica, conforttrmico, eficiencia energtica, estrategias de diseo sostenible, demanda calorfica y

frigorfica.


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ndiceResumen .................................................................................................................... 2

Lista de figuras ........................................................................................................... 6

Lista de tablas ............................................................................................................ 8

Introduccin.............................................................................................................. 9

Repercusin a consumo energtico en Serbia ................................................................... 9

Los sistemas de calefaccin .............................................................................................10

Regulativas actuales /Justificacin ....................................................................................11

Captulo 1: Planteamiento de trabajo.................................................................... 12

1.1 Definicin del tema de estudio ........................................................................... 12

1.2 Objetivos de trabajo .......................................................................................... 13

1.2.1 Objetivos generales ...............................................................................................13

1.2.2 Objetivos especficos .............................................................................................13

1.3 Metodologia para desarrollo de trabajo ............................................................. 13

Captulo 2: Clima de Serbia y Belgrado ................................................................ 15

2.1 Clima general de Serbia .................................................................................... 15

2.1.2 Clima de Belgrado..................................................................................................162.2 Actuaciones generales en clima continental templado ...................................... 19

2.3 Diagrama Psicomtrico de Givoni y estrategias de calefaccin y refrigeracin . 20

Captulo 3: Estndar para minimizacin de necesidades energticas en EU .......... 22

3.1 PASSIVHAUS Estndar en UE ....................................................................... 22

3.2 Funcionamiento de estndar .....................................................................................23

3.3 Los requisitos de estndar ........................................................................................24

3.4 Ventilacin mecnica ................................................................................................26

3.5 Los principios que se pueden aplicar en caso de Serbia ............................................28

Captulo 4: Estrategias de diseo para disminuir las demandas de calefacciny refrigeracin......................................................................................................... 29

4.1 ESTRATEGAS INVIERNO ............................................................................. 31

4.2 ESTRATEGIA: minimizacin de las prdidas de calor por transmisin .....................32

Coeficiente de transmisin "U" ...................................................................................33

El estndar de serbia sobre el coeficiente de transmisin (u) de los cerramientos ........33

4.2.1 Tratamiento de los partes opacos de cerramientos exteriores ..........................344.2.2 Tratamiento de los partes transparentes de cerramientos exteriores ...............36


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4.2.3 Proporcin entre partes opacas y huecos ....................................................37

4.3 ESTRATEGIA: Maximizacin de ganancias solares.................................................39

4.3.1 Los sistemas bsicos de calefaccin solar pasivo .............................................39

4.4 Resumen: Aspectos bsicos de la calefaccin solar pasiva ..................................43

4.5 ESTRATEGAS VERANO .............................................................................. 48

4.5.1 ESTRATEGIA: control de las ganancias de radiacin solar ..................................49

4.5.1.1 Orientacin y tamao de los huecos acristalados ...........................................49

4.5.1.2 Color de los acabados ....................................................................................50

4.5.1.3 Proteccin solar ...............................................................................................50

4.5.2 ESTRATEGIA : refrigeracin pasiva.....................................................................55

4.5.2.1 Sistemas de ventilacin natural .......................................................................55

4.5.2.2 Alta masa trmica ............................................................................................584.5.2.3 Masa trmica con ventilacin nocturna ...........................................................59

Captulo 5: Comprobacin de diseo ................................................................... 62

5.1 Descripcin de proyecto .................................................................................... 62

5.1.1 Estrategias y elementos aplicados ..........................................................................63

5.2 Clculos y manejo de resultados ....................................................................... 68

5.2.1 Invierno ...................................................................................................................68

5.2.1.1 Resultados Heliodon........................................................................................68

5.2.1.2 Balance y Variabilidad de Ti con energa adicional "D'a" ...................................71

5.2.1.3 Demanda calorfica de 4 mdulos de un bloque ...............................................72

5.2.1.4. Resultados Archisun ........................................................................................77

5.2.1.5 Propuesta de 3 sistemas activos de calefaccin con su energa primaria .........78

5.2.2 Verano ....................................................................................................................81

5.2.2.1. Resultados Heliodon .......................................................................................81

5.2.2.2. Balance de Ti con energa adicional "Da" .......................................................83

5.2.2.3. Resultados Archisun ........................................................................................845.2.2.4 Demanda frigorfica de mdulos de un bloque ...............................................84

5.2.2.5 Propuesta de 3 sistemas activos de refrigeracin con su energa primaria .....86

Consideraciones finales ...................................................................................... 88

Bibliografa ................................................................................................................ 90

Internet bibliografa ................................................................................................... 91

Anexos...................................................................................................................... 92

1. Caractersticas fsicas del recinto, Datos para Archisun: Forma y piel de edificio, U y

Peso de superficies, Peso interior, Resultados Archisun ..................................................93


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3. Presentacin grafica de proyecto ..................................................................................99

5. Balance y Variabilidad de Invierno .............................................................................. 100

6. Clculo de demanda calorfica de modulo 3 ................................................................ 101

7. Balance de Verano ..................................................................................................... 102

8. Clculo de demanda frigorfica de modulo 3 ............................................................... 103


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Lista de figurasFigura 1. Esquema de desarrollo de trabajo .........................................................................14

Figura 2. Posicin de Serbia en Europa ...............................................................................15

Figura 3. Mapa de Serbia y posicin de Belgrado ................................................................15

Figura 4. Temperaturas en Belgrado durante el ao ............................................................16Figura 5. Precipitaciones ......................................................................................................18

Figura 6. Temperaturas mximas y mnimas media .............................................................18

Figura 7. Altura solar en el equinoccio de verano y invierno .................................................18

Figura 8. Radiacin solar en el plano horizontal, en el plano con ngulo optimo y plano

vertical ..................................................................................................................................18

Figura 9. El diagrama Psicromtrico de Givoni para Belgrado .............................................20

Figura 10. Carta estereogrfica de Belgrado ........................................................................21

Figura 11. Rosa de los vientos de Belgrado .........................................................................21

Figura 12. La comparacin entre consumo energtico especifico de las viviendas ..............23

Figura 13. Potencia mxima de calefaccin de edificio convencional, CTE y PassivHaus ....24

Figura 14. Esquema de ventilacin mecnica ......................................................................26

Figura 15. El funcionamiento del sistema de intercambio del aire ........................................26

Figura 16. La base tcnica del requisito del demanda mxima de calefaccin permitida de

15kWh/m2/ao ......................................................................................................................27

Figura 17. Ganancias y prdidas tpicas en invierno y en verano .........................................30

Figura 18. Ganancias y prdidas de temperatura .................................................................31

Figura 19. Periodos durante el ao que divide la temperatura de balance............................31

Figura 20. Esquema de estrategias para invierno desde ecuacin de balance .....................32

Figura 21. Reduccin de prdidas de calor ..........................................................................32

Figura 22. Envolvente de edificio con aislamiento trmico no interrumpido ..........................34

Figura 23. Carga trmica de edificio bien y mal aislado ........................................................34

Figura 24. Regla de rotulador de capa continua de aislamiento ...........................................35

Figura 25. Las ventanas de alta calidad de triple vidrio ........................................................36

Figura 26. Principios de captacin directa ............................................................................40

Figura 27. Funcionamiento de Muro Trombe(a) y Muro acumulador(b) trmico....................41

Figura 28. Comportamiento trmico de invernadero adosado en invierno, periodo neutral y

verano. .................................................................................................................................42

Figura 29. Responder a orientacin ......................................................................................43

Figura 30. Trayectoria solar ..................................................................................................43

Figura 31. Los arboles de hoja perenne y hoja caduca.........................................................44

Figura 33. Temperatura de interior en un da caluroso en edificios de alta y baja inerciatrmica, puede ser til como en climas clidos tanto en climas fros ....................................45

Figura 32. Distribucin interior de los espacios.....................................................................45

Figura 34. Diferentes tipos de dispositivos de sombreado ....................................................46

Figura 35. Esquema de estrategias para verano desde ecuacin de balance ......................48

Figura 36. Reduccin de temperatura de balance de refrigeracin .......................................49

Figura 37. Proteccin solar con diseo de protectores fijos ..................................................50

Figura 38. Prgola ................................................................................................................51

Figura 39. Alero y su proyeccin ..........................................................................................51

Figura 40. Dispositivos ajustables exteriores ......................................................................52

Figura 41. Persianas verticales y contraventanas .................................................................52Figura 42. Plantacin o sucesin de los arboles en el entorno. ...........................................53
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Figura 43. Arboles de hoja caduca y perenne ......................................................................53

Figura 44. La situacin y distribucin de aberturas determina el modelo de flujo de aire ......56

Figura 45.Movimiento de aire en la edificacin.(a) y (b) el tamao de abertura de entrada

influye en la velocidad de aire en el interior. (c) y (d) el movimiento del aire es siempre por el

camino que sea ms fcil, donde existe una diferencia de presin. ......................................56

Figura 46. Efecto chimenea ..................................................................................................57Figura 47. Aspiradores estticos ..........................................................................................57

Figura 48. Torres de viento...................................................................................................58

Figura 49. Retardo trmico ...................................................................................................58

Figura 50. Funcionamiento de masa trmica en el da ........................................................59

Figura 51. Funcionamiento de masa trmica en la noche .....................................................59

Figura 52. Esquema de objetivos de estrategias de diseo de invierno y verano .................61

Figura 53. Posicin de mdulos en un bloque ......................................................................62

Figura 54. Las cuatro opciones de diseo de fachada sur, buscando la solucin optima. ....64

Figura 55. Situacin de bloque lineal, planta tipo y comportamiento bioclimtico de un

modulo en planta ..................................................................................................................66Figura 56. Comportamiento bioclimtico de invierno en seccin .........................................67

Figura 57. Comportamiento bioclimtico de verano en seccin ..........................................67

Figura 58. Energa recibida por la cubierta y sistemas indirectos por periodo de calefaccin

.............................................................................................................................................69

Figura 59. Las horas de sol incidente a cubierta y sistemas indirectos por periodo de

calefaccin ...........................................................................................................................69

Figura 60. Energa recibida por cubierta y sistemas indirectos en el mes Enero ..................70

Figura 61. Las horas de sol incidente a cubierta y sistemas indirectos en el mes Enero ......70

Figura 62. Tabla de temperatura de balance en invierno en da tipo de Enero .....................71

Figura 63. Posicin de modulo menos favorable ..................................................................73Figura 64.El grfico de temperatura para invierno ................................................................77

Figura 65. Energa solar recibida a los planos de fachada sur y cubierta ...........................82

Figura 66. Horas de sol incidente a la fachada sur y cubierta ..............................................82

Figura 67. El movimiento de temperaturas en verano segn Archisun .................................84
http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578669http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578669http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578670http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578671http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578672http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578672http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578672http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578673http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578674http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578675http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578676http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578679http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578680http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578681http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578682http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578682http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578683http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578684http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578685http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578685http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578686http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578686http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578687http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578688http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578690http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578691http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578693http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578694http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578694http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578693http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578691http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578690http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578688http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578687http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578686http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578686http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578685http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578685http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578684http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578683http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578682http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578682http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578681http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578680http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578679http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578676http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578675http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578674http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578673http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578672http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578672http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CAPITULOS%206.9..docx%23_Toc271578672http://d/My%20Documents/Documents/UPC/TESINA/word/TODOS%20CA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Lista de tablasTabla 1. Caractersticas climticas de Serbia y Belgrado .....................................................17

Tabla 2. Parmetros generales y de radiacin solar de Belgrado .........................................18

Tabla 3. Los elementos climticos de zona continental templada .........................................19

Tabla 4. Temperaturas promedias mximas , mnimas y humedad relativa de Belgrado ....20Tabla 5. Resumen de las estrategias segn diagrama Givoni ..............................................21

Tabla 6. Estrategias invierno ................................................................................................38

Tabla 7. Resumen de estrategia de Maximizacin de ganancias solares .............................47

Tabla 8. Coeficiente de absorcin de varios colores (%) ......................................................50

Tabla 9. Resumen de estrategia de control de ganancias ....................................................54

Tabla 10. Resumen de estrategia de Refrigeracin pasiva ...................................................60

Tabla 11. Valores de coeficientes de transmisin de cerramientos de propuesta y edificio

referente ...............................................................................................................................63

Tabla 12. Cuatro opciones de aplicacin de sistemas pasivas y sus valores de Svs-superficie

equivalente a ventana a sur..................................................................................................64

Tabla 13. Tabla resumen de las soluciones consideradas en diseo ...................................65

Tabla 14. Los valores de energa recibida y horas de sol de sistemas indirectos y cubierta

segn simulacin de Heliodon por periodo de calefaccin ...................................................69

Tabla 15. Oscilacin de temperatura interior en ciclo da-noche de da tipo de enero ..........72

Tabla 16. Calor necesaria (potencia) de mdulos ( W ) ........................................................72

Tabla 17. Carga trmica ( W ) de mdulos ...........................................................................73

Tabla 18. Balance energtico de 4 mdulos .........................................................................73

Tabla 19. Demanda calorfica real de los mdulos ...............................................................74

Tabla 20. Demanda calorfica y balance energtico de 4 mdulos .......................................74

Tabla 21. Carga trmica reducida ........................................................................................75

Tabla 22.Carga trmica y balance energtico ......................................................................75

Tabla 23. Balance energtico de mdulos( de edificio de referencia y de propuesta ) ..........76

Tabla 24. Propuesta de sistemas activos y su consumo energtico anual............................79

Tabla 25- Demanda anual de sistemas activos con energa primaria incluida ......................79

Tabla 26. Demanda calorfica y sistemas activos de modulo referente y propuesta .............80

Tabla 27. Valores de energa recibida y horas de sol por sistema indirecto y cubierta en el

mes de Julio .........................................................................................................................81

Tabla 28. Tabla de temperatura de balance en verano en da tipo de Julio y energa

adicional para sistemas de acondicionamiento activo...........................................................83

Tabla 29. Potencia frigorfica necesaria (W) .........................................................................84

Tabla 30.Demanda frigorfica de los mdulos .......................................................................85Tabla 31.Comparacin de demandas frigorficas de los mdulos ........................................85

Tabla 32. Propuesta de sistemas activos de refrigeracin con su energa primaria ..............86

Tabla 33. Demanda frigorfica y sistemas activos de refrigeracin .......................................87
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IntroduccinRepercusin a consumo energtico en Serbia

Debido a su desarrollo industrial muy bajo, el consumo total de energa primaria deSerbia es en comparacin con los pases desarrollados y los miembros de la UninEuropea, y hasta 3 veces menos por habitante. Se puede constatar que Serbia gastaenerga muy irracional y tiene una intensidad energtica grande, ten/1000 EE.UU. 0,84dlares1, que es hasta 6 veces superior de las pases europeos UE-15, y considerablementems que, por ejemplo, en Eslovenia. La intensidad energtica es un indicador clave quedetermina el comportamiento de un pas y, por tanto, su grado de eficiencia. Nuestraindustria tambin utiliza tres veces ms energa que la promedia mundial. Sin embargo, nodebemos ignorar las fuertes prdidas en la transformacin de la energa y el transporte.2

Segn la situacin presente, Serbia tiene casi el menor nivel de eficiencia energticaen toda la Europa, como antes mencionado. El ahorro energtico es imprescindible, como elpas esta en el nivel de consumo poco envidiable y casi 4 o 5 veces ms en algunossectores comparando con los pases de Europa Oeste y Europa Central. No sorprende quenuestra sociedad para fabricar un producto necesita casi doble energa que para el mismonecesitan los pases desarrollados. En particular, mientras los pases con la visin clara ycon el plan de desarrollo a lo largo plazo con cual deben de acceder a resolucin de la temade crisis energtico del mundo, en nuestra pas solo los expertos han tratado a destacar lasituacin grave en que nos encontramos a la sociedad pero sin xito y respuesta, pero lasituacin pretende de cambiar.

El estado paga ms dinero para importacin de energa elctrica, gas y otrosfuentes de energa mientras los ciudadanos pagan facturas ms elevadas. Nos hemosconvertido en los campeones de consumo, incluso para el alumbrado pblico, gastamos un50 por ciento ms que la Unin Europea. Los edificios en Serbia gastan 60% de la energatotal consumida, mientras que el porcentaje en Europa est alrededor del 40 %, y 65 % deesa energa se relaciona con la calefaccin. De acuerdo con los datos actuales, el consumode energa para la calefaccin anual en Europa occidental oscila, por ejemplo en Alemania,entre (40-70) kWh/m2 (a), mientras que en Serbia, el valor es doble - est en rango de 120 a150kWh /m2 (a ).

1 La intensidad energtica es la cantidad de energa usada por cada mil dlares producidos, es decir,

muestra la relacin entre la energa consumida y la produccin de bienes. Por lo tanto interesa que laintensidad energtica sea la menor posible.2 http://www.seea.gov.rs/Serbian/Fond/odgovor6.htm


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Los sistemas de calefaccinLa energa consumido por calefaccin calculado por m2 de espacio habitable, es

casi 3 veces mayor comparando con los pases que tienen parecidas condiciones climticas

y se encuentran en climas continentales.

El sistema centralizado de calefaccin por agua caliente se aplica comnmente enlas ciudades y en todos edificios construidos en los ltimos 50 aos. Para los edificios queutilizan mas de (100-120) W/m2 se calcula el precio de consumo con el tarifa mayor, conintencin que el consumidor considera la rehabilitacin de su edificio, mejora el aislamientotrmico ,sustituye las ventanas y disminuye las prdidas de calor por rendijas(fugas).

La calefaccin por electricidad es muy tpica en los edificios que tienen ms de 50aos y el consumo de dichos edificios es an mayor y en algunos casos consigue casi 200kWh/m2.Por razones de consumo abundante en hogares con ese tipo de calefaccin, elprecio mensual sube aproximadamente por 60% del precio(todava sin IVA) que pagan losusuarios de calefaccin centralizado.

Precios de energa en pisos con calefaccin por agua caliente

Energa consumida 5,0 cE / kWhLa potencia del sistema instalada 17,83 E / kWh / ao. (E = EUR)

Calculo para calefaccin centralizado por agua caliente se divide en dos partes:- energa trmica instalada del sistema y que es el valor fijo en una base anual- la segunda parte es el gasto mensual.Ejemplo: Energa del sistema(potencia instalada) 50 kWh

El gasto para el mes actual, si demanda de calefaccin es 40kWh.(30 das x 16 horas x 40 kW = 19.200 kWh)Factura para este mes:

(50 x 17,83 kWh E) / 12 + 19 200 kWh x 0,05 E74.29 (E) + 960 (E) = 1.034,29 (E)

Si queremos comparar el precio del mismo consumo, pero por calefaccin elctrica:Precio de la energa elctrica de la red ser un promedio de 6,0 cE / kWh.El central elctrica tiene diferentes precios (tarifas) dependiente del hora del consumo,compartiendo en zonas Azul, Verde y Rojo.Por ejemplo, un hogar que consume la misma cantidad de energa de 19.200 kWh ,elclculo ser:(100 kWh x 1,05 cE/kWh) + (250 kWh x 4,2 cE/kWh) = 1,05 (E) + 10,5 (E) = 11,55 (E)

(400 kWh x 1,58 cE/kWh) + (850 kWh x 6,3 cE/kWh) = 6,32 (E) + 53,55(E) = 59,87 (E) (5.800kWh x 2,8cE/kWh)+(11.800 kWhx11,24cE/kWh)=162,4(E)+1.326,3(E) =1.488,7(E)

Al final, comparando los precios:El central de calefaccin 1.034,29 EUR (1.034,29/19200= 0,0539 E = 5,4 cE)El central elctrica 1.560,12 EUR (1.560,12/19200= 0,0812 E = 8,1 cE)

Sin embargo, los gastos que pagan los hogares con calefaccin elctrica, es mucho mayor,casi por 50 por ciento, y todava sin IVA incluido.


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Regulativas actuales /JustificacinEn todos los sectores de consumo final de energa en Serbia (industria, los

edificios y el trfico) es obvio un retraso en trminos de eficiencia energtica por muchosaos. Es evidente especialmente en relacin con los pases europeos desarrollados. Las

regulativas vigentes de pas no son suficientemente vinculadas a los sectores de consumode energa en trminos de aumentar la eficiencia energtica. Por lo tanto, adems de seguirapoyando el labor de la Agencia de Eficiencia Energtica, el Estado debe en el futuroproponer la ley que exige el uso racional de la energa, con el fin de facilitar la aplicacin demedidas tcnicas prioritarias. A fin de lograr esta idea y para aumentar sistemticamente laeficiencia energtica, el papel de Estado es de gran importancia y necesidad.

Teniendo en cuenta que el mayor consumo de energa es en los edificios, lasolucin ms racional y rentable a largo plazo es invertir en la eficiencia energtica de losedificios. Dado que es una de las formas ms importantes para frenar y reducir elcalentamiento global y emisiones de CO2, el ahorro de energa para calefaccin yrefrigeracin, la introduccin y el uso de aislamiento trmico adecuado, con el consumo

ptimo de energa en los hogares, es el manera ms eficiente y ms segura con losintereses generales y individuales.

La situacin actual exige las acciones rpidas en el sector de eficiencia energtica yla introduccin de la reforma legislativa y la reforma de los precios de utilizacin de losrecursos no renovables, como actualmente no existe ninguna normativa sobre eficienciaenergtica en edificacin.

En Junio de 2010 en Belgrado la plataforma Green Forum ha anunciado que serpresentado el primer reglamento sobre la eficiencia energtica en edificios el prximo Junio,de ao 2011.El tribunal ha considerado las normativas y los leyes de los pases europeoscon los condiciones climticas similares y intentar aplicarlos en propio estndar y nuevosreglamentos sobre el consumo energtico en edificacin.

El proyecto de reglamento en Serbia est orientado a la Segunda Directiva de laUnin Europea 20/20/20 que se fija en el objetivo de reducir el consumo de energa en un20% en 2020 ao, con una mayor participacin de la energa procedente de fuentesrenovables en un 20% y reducir las emisiones en un 20% (con respecto al nivel del ao1990)..3

Para ser posible, el proyecto debe resolver los problemas bsicos, numerosos ydiversos en los cuestiones de urbanismo, en construccin, en legislacin del sector de losprofesionales que sern capaz de verificar y determinar la extensin del consumo deenerga de los edificios, etc. Dado que la eficiencia energtica est conectada directamente

con la utilizacin de energas renovables, especialmente solar y geotrmica, la cuestin escmo nuestra industria y el mercado econmico pueden responder a nuevas demandas.

3http://www.consilium.europa.eu/europa 2020: nueva estrategia europea para el empleo y elcrecimiento


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Captulo 1: Planteamiento de trabajo

1.1 Definicin del tema de estudioPrincipalmente, el consumo actual de un hogar en Serbia es preocupante

comparando con otros pases Europeos y mayor parte de ese consumo proviene decalefaccin en invierno y refrigeracin en verano. El primer objetivo de eficiencia energtica

en edificacin en Serbia debera de ser reduccin de gastos de climatizacin en edificiosque implica tambin menos emisiones de CO2. La investigacin y estudio siguiente sondireccionados a las tcnicas y estrategias de diseo bioclimtico - diseo solar pasivo ytambin como tema tiene anlisis de los estndares actuales que promueven bajo consumoenergtico en edificacin.

El diseo de casas solares pasivas representa una estrategia prometedora paramejorar las condiciones de confort trmico en viviendas de la zona central de Serbia y asconstituye una opcin importante para viviendas sostenibles en la regin. Uno de losaspectos importantes de este trabajo es elaborar propuestas para el diseo de casas concalefaccin solar y refrigeracin pasiva, que permitieran optimizar el equilibrio complejoentre las diversas exigencias de un clima continental con sus veranos calurosos y secos e

inviernos fros aunque bastante asoleados. Con un diseo optimizado se puede mejorar deforma significativa el confort trmico de viviendas con construcciones econmicamenteaccesibles en la regin. De esta forma la investigacin aporta al mejoramiento del conforttrmico y al aprovechamiento de la energa solar en la vivienda como elementos esencialesde un proceso de desarrollo sostenible.

El estndar alemn PassivHaus, que tiene mucho exceso en Europa Central, esconocido por sus bajas exigencias energticas que requieren baja demanda de calefaccin yrefrigeracin principalmente, y por esos requerimientos, este estndar me llam la atencina investigarlo y averiguar si es posible aplicar algunos de esos principios en clima serbio,porque las condiciones en invierno son las mismas como en Alemania.

Principalmente, a buscar una aproximacin a definir qu tan efectivos puedenllegar a ser los sistemas pasivas y su contribucin a eficiencia energtica de edificacin paradisminuir la demanda de calefaccin y refrigeracin era el razn principal a empezar esteestudio. El trabajo en conjunto, aparte de estrategias pasivas, es considerar opcionestcnicas y tecnolgicas de los sistemas activos que cubren el porcentaje de las demandasenergticas que no se pueden satisfacer con sistemas de acondicionamiento pasivo.

El producto final ser un anlisis de comportamiento trmico de viviendasprototipo en bloque lineal en Belgrado, diseadas con principios de arquitectura solar pasiva,donde se van a reconsiderar los diferentes sistemas activos y sus requerimientos de energaprimaria.


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1.2 Objetivos de trabajo

1.2.1 Objetivos generalesEncontrar la manera directa y eficaz para afectar el consumo energtico actual en

edificacin. Elaborar y analizar las estrategias de diseo solar pasivo igual como losrequisitos tecnolgicos de casas PassivHaus, y reconsiderar su aplicacin en edificacin enSerbia, para disminuir la demanda energtica de calefaccin y refrigeracin en los hogares.

1.2.2 Objetivos especficos Determinar los aspectos y elementos que influyen en las prdidas y ganancias de

calor, y elaborar las estrategias de diseo concretas para invierno y verano, segnzona climtica.

Desarrollar la propuesta de edificio prototipo de bloque lineal de viviendas en el tejido

urbano aplicando las estrategias elaboradas y comprobar la eficacia de las mismas. Analizar el comportamiento trmico y calcular la demanda energtica de calefaccin

y refrigeracin, determinar el valor de ganancias solares y cuanto afectan lademanda total, que nos dar el porcentaje de energa que necesitamos a cubrir consistemas activos.

1.3 Metodologia para desarrollo de trabajoAnalizando el estado actual de consumo energtico en edificacin en Serbia, se

determinan las causas principales de los cuales proviene este consumo en los hogares. Conanlisis profundo de requisitos de estndar de bajo consumo en Europa - PassivHaus, setratar encontrar los aspectos de este estndar que se pueden aplicar en clima serbio, comocomplementarios a sistemas de acondicionamiento pasivo.

El propsito principal de este trabajo consiste en elaborar las estrategias de diseopara dos estaciones trmicamente extremas, verano y invierno, para edificios plurifamiliaresen el tejido urbano de la ciudad de Belgrado, con propsito de bajar la demanda energtica

de calefaccin y refrigeracin presente en la edificacin.


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Adems de lo anterior y con el fin de tocar hacer la exploracin de una propuesta deedificio prefabricado, el bloque lineal de viviendas, as como la comprobacin de lasestrategias elaboradas y elementos aplicados de estndar PassivHaus.

Posteriormente, se har el clculo de un modulo(de un departamento) de conforttrmico de balance y variabilidad, simulaciones de programa Archisun y Heliodon ydemanda de energa exacta de calefaccin y refrigeracin con intencin de determinar elporcentaje de efectividad de estrategias aplicadas y sistemas de calefaccin y refrigeracinpasivo. En cuanto se obtenga la cantidad de energa necesaria para sistemas deacondicionamiento activo, se reconsiderar la propuesta aproximativa de los tres solucionesde los sistemas activos y se analizarn igualmente sus requerimientos de energa primariapara funcionamiento y todo con el fin de encontrar la solucin enrgicamente ms favorabley optimo.

Al final, la demanda de edificio de propuesta ser comparada con la demanda deedificio de referencia, que en este caso ser el mismo edificio pero diseado segn lasnormativas actuales en Serbia y determinar cunto son eficaces las estrategias de diseo y

la propuesta misma.Para alcanzar el objetivo general planteado se dise un esquema de trabajo y de

organizacin y manejo de resultados continuacin:

Figura 1. Esquema de desarrollo de trabajo


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Captulo 2: Clima de Serbia y Belgrado2.1 Clima general de Serbia

El clima serbio, vara entre un clima continental en el norte, con inviernos fros, yveranos calurosos y hmedos con precipitaciones bien distribuidas, y un clima ms adriticoen el sur, con veranos calurosos y secos y otoos e inviernos relativamente fros conintensas nevadas en el interior. Las diferencias de altitud, la proximidad con el mar Adriticoy las grandes cuencas fluviales, as como su exposicin a los vientos marcan las diferencias

climticas.La temperatura media anual del aire en el perodo 1961-1990 en la zona con unaaltitud de hasta 300 m fue de 10,9 C. Las zonas con una altitud de entre 300 y 500 mtuvieron una temperatura media anual de alrededor de 10,0 C, y con ms de 1000 m dealtitud en torno a 6,0 C. La menor temperatura registrada en Serbia fue - 39,5 C (13 deEnero de 1985 Karajukia Bunari, en Peter), y la ms alta de + 44,9 C (24 de julio de 2007,Smederevska Palanka).

Analizando las condiciones climticas en Serbia, se encuentra un gran salto detemperatura durante todo el ao, casi 55-60 grados. Ocurre algunas veces que solo en unda la diferencia de temperatura puede ser 20 grados, que antes no era el caso, yseguramente es la consecuencia del cambio climtico, cada ao ms notable.

Belgrado 4449'14" Norte 2027'44" Este

Figura 2. Posicin de Serbia en Europa Figura 3. Mapa de Serbia y posicin de Belgrado


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2.1.2 Clima de BelgradoEl clima de Belgrado es de tipo continental templado. La temperatura media anual

es de 13,7C. El clima de otoo con sus das ms largos, soleados y calurosos, se hacems potente que el de primavera que es corta y lluviosa. El invierno es con nevadas

abundantes, con un total de unos 21 das de temperaturas bajo cero y una temperaturamedia de -0,5C.La temperatura mnima registrada en Belgrado es -20 C, pero los ltimosaos la temperatura mnima oscila entre 1 C y -10 C. El calor en verano ataca fuerte, conaltas temperaturas en Julio y Agosto que suelen superar los 38C, mientras la temperaturamedia durante el resto del verano es de 28,1 C. Los estudios climatolgicos aseguran queen Belgrado llueve 137 das, de los cuales 27 nieve. Las grandes lluvias tienen lugar enmayo y junio mientras las lloviznas prevalecen en febrero. La media anual de lluvias es de669,5 L/m2; la presin atmosfrica media es de 1.001mb y la humedad relativa media delaire es de 68,6%. Belgrado pues, es una ciudad bastante hmeda por situarse en los dosros que baan sus orillas.

La gran dificultad en Belgrado son las condiciones en verano. El ao 2009 en

verano la temperatura medida en sombra era algunos das ms de 44,5 C, y durante lanoche 28C. La cuidad est considerablemente ms calurosa que las zonas rurales que lascircundan. Normalmente las temperaturas diarias medias son 1-2 C ms altas, por razonesde irradiacin de calor de pavimentos, hormign y transporte pblico. Result imposiblerefrigerar las viviendas solo con abertura de ventanas y ventilacin natural cruzada. Sinembargo, esos casos no ocurren siempre hoy en da, normalmente la temperatura exteriornocturna es ms baja que la interior. Muchas veces los habitantes necesitan encender elaire acondicionado durante las horas de noche para mantener o conseguir la temperatura deconfort. Igualmente el confort acstico durante la noche tiene su papel en descanso, y paralos ciudadanos que viven en las zonas urbanas muy densas y con mucho trfico, resultaimposible dejar las ventanas todo el tiempo abiertos y el encendido de Aire - Acondicionado

ven como nica manera de "sobrevivir" las noches calurosas.La necesidad para reduccin de consumo energtico de refrigeracin es tanimportante como la de la calefaccin en las ciudades de Serbia.

Figura 4. Temperaturas en Belgrado durante el ao


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Parmetro Unid Serbia Caractersticas Belgrado Caractersticas

Superficie km2 88.361Clima continental

excesivo en elnorte(grandesdiferencias de

temperatura entreverano y invierno)y clima

mediterrneo al sur

359,96El clima deBelgrado escontinentaltemplado

Poblacin nm. 9.184.177 1.576.802

Lat./Long 4449'14" Norte2027'44" Este

Altitud m 116,75 Situado enconfluencia de

Danubio y SavaT anual

promedio

C

10,9 13,7

T mx.

registrado+ 44,9 Influencias climticas: 42

Veranos calurosos,con ms de 35 das

con temperatura

superior de 30grados, el mes mscaluroso es julio

T min.Registrado -39,5 A noreste: Vientos fros -20 Inviernos fros, con

nevadas fuertes enmeses de enero ydiciembre, el mesms frio es enero

T veranopromedio 28

A suroeste :Corrientesde aire caliente desde el

mar Adritico y MarMediterrneo

28, 2

T inviernopromedio -5 Estaciones: -0,1

Oscilacinverano-invierno

30 - 55 Veranos muy calurososy hmedos, rachasfuertes de viento, lluviasabundantes repentinas,sequias frecuentes; enclima mediterrneo en

sur son veranoscalurosos y secos

45 21 da contemperatura bajocero

Humedadrelativa

promedioanual

% 67 68,6

Precipitacionespromedio

anualmm 1000

-Inviernos glidos ynevadas intensas y

abundantes 540 - 820

Horas de sol

promedioh 1500 - 2200 2.096

Tabla 1. Caractersticas climticas de Serbia y Belgrado


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Parmetro Unid Belgrado

Superficie km2 359,96

Poblacin nm. 1.576.802

Lat./Long 4449'14" Norte 2027'44" Este

Altitud m 116,75

Radiacin solar en plano vertical por ao Wh/m2 2760

Radiacin solar en plano inclinado a unngulo optimo por ao Wh/m

2 4130

Angulo optimo de inclinacin 35

Tabla 2. Parmetros generales y de radiacin solar de Belgrado

Figura 6. Temperaturas mximas y mnimas media Figura 5. Precipitaciones

Figura 8. Radiacin solar en el plano horizontal, enel plano con ngulo optimo y plano vertical

Figura 7. Altura solar en el equinoccio de verano yinvierno


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2.2 Actuaciones generales en clima continental templadoEn el clima continental templado se diferencian las necesidades trmicas en

invierno, predominante de calefaccin y por lo tanto, en periodo de frio, se trata de

aprovechar las ganancias de energa solar de forma pasiva, con mtodos de calefaccinsolar pasiva, con ganancias directas e indirectas. Las condiciones en verano son distintas, lanecesidad predominante es la refrigeracin. La diferencia de temperatura entre el da ynoche puede ser utilizada para aprovechar la ventilacin nocturna apara refrigerar losedificios. En este caso es importante la masa trmica, donde, a parte de amortiguacin, seaprovecha el desfase en el tiempo entre el mximo da incidencia solar sobre un muro y elmomento cuando el calor entra en el interior. La posicin de aislamiento trmico siempre secoloca en la capa exterior de masa trmica. La caracterstica especfica de ese tipo de climason las grandes oscilaciones de temperaturas diurnas y anuales.

El aprovechamiento de ganancias directas colocando las grandes superficies deventanas al Sur, puede provocar el sobrecalentamiento en verano. Por lo tanto, esimprescindible la presencia de proteccin solar que impiden la incidencia solar en el tiempocuando se puede producir el sobrecalentamiento, pero de tal manera que permiten laentrada sin obstruccin de radiacin solar en invierno.

Zona climtica Los elementos climticos Los requisitosfundamentales de edificio

Zonacontinentaltemplada

muy diversas intensidades deradiacin solar

Diferencias muy grandes en

temperatura anual Las diferencias de temperatura diaria

varia, de muy grande a moderada Humedad relativa muy alta Muchas precipitaciones 1000mm

Proteccin de sobre-enfriamiento en inviernoaislamiento y capacidad

trmica Proteccin de

sobrecalentamiento enverano proteccin solar

Proteccin deprecipitaciones

Tabla 3. Los elementos climticos de zona continental templada

En lugares donde la calefaccin es el requisito predominante, las siguientes

estrategias pueden ser eficaces:

- Baja relacin entre superficie y volumen, forma de edificio compacta- Aumento de las ganancias solares- Reduccin de la superficie orientada a norte o expuesta a los vientos dominantes- Nivel alto de aislamiento trmico de los cerramientos- Control de ventilacin y la infiltracin- Utilizacin de dobles puertas entre los espacios calefactados y no calefactados- Utilizacin de atrios y patios como zonas amortiguadoras trmicas y para introducir

luz natural en plantas profundas


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2.3 Diagrama Psicomtrico de Givoni y estrategias decalefaccin y refrigeracin

BelgradoMes E F M A M J J A S O N D Anual

Temperaturapromedia mx.

en C3,5 6,4 11,9 17,5 22,5 25,3 27,6 27,3 23,7 18,1 11 5,3 16,7

Temperaturapromedia min.

en C2,3 0,2 3,3 7,8 12,1 15 16,3 16,1 13 8,3 4 0,2 10,7

Humedadrelativa % 79 69 59 64 62 62 63 63 72 74 76 80 68,6

Tabla 4. Temperaturas promedias mximas , mnimas y humedad relativa de Belgrado

Con diagrama de Givoni se representan diferentes estrategias de actuacin paraalcanzar la zona de confort trmico. Gran parte del ao podemos alcanzar confort mediantelas ganancias internas y el aprovechamiento de la energa solar pasiva, lo que implica unaadecuada superficie de captacin solar as como una gran capacidad de acumulacin yaislamiento trmico. Las condiciones ambientales exteriores salen de la zona de bienestarpor la izquierda, especialmente en los meses de invierno. Observando las temperaturasmximas y mnimas promedias de los meses de invierno, se muestra que casi 4 meses senecesita empleo de calefaccin convencional, adems de calefaccin solar pasiva. En julio yagosto, se precisa adems de masa trmica, la ventilacin nocturna. En este estudio nosvamos a concentrar solamente en los meses extremos, en este caso Enero y Julio, y lasestrategias analizadas de ahorro energtico sern basadas en sus condiciones ambientales.

Figura 9. El diagrama Psicromtrico de Givoni para Belgrado


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Un resumen de las estrategias segn diagrama psicromtrico de Givoni:

MES ESTRATEGIA DE CALEFACCION ESTRATEGIA DE REFRIGERACION

ENERO Calefaccin convencional + Calefaccinsolar activa + Calefaccin solar pasiva

FEBRERO Calefaccin convencional + Calefaccinsolar activa

MARZO Calefaccin convencional + Calefaccinsolar activa +C. s. pasiva

ABRIL Calefaccin Solar Pasiva

MAYO Calefaccin Solar Pasiva Proteccin solar + Refrigeracin por altamasa trmica

JUNIO Proteccin solar+ Refrigeracin por alta masatrmica + Ventilacin natural

JULIO Proteccin solar + Refrigeracin por altamasa trmica + Ventilacin natural

AGOSTO Proteccin solar+ Refrigeracin por alta masa

trmica + Ventilacin naturalSEPTIEMBRE Proteccin solar+ Refrigeracin por alta masa

trmica + Ventilacin natural

OCTUBRE Calefaccin Solar Pasiva

NOVIEMBRE Calefaccin solar activa +C. s. pasiva

DICIEMBRE Calefaccin convencional + Calefaccinsolar activa

Tabla 5. Resumen de las estrategias segn diagrama Givoni

Para proporcionar una proteccin solar horizontal en un hueco de fachada

orientada al sur utilizaremos una carta estereogrfica correspondiente a la latitud de 44Norte.

Otro elemento modificador de las condiciones de bienestar es el viento, que enunas pocas incide negativamente (en invierno) y en otros favorable (en verano). Elconocimiento de la direccionalidad y velocidad de vientos dominantes nos permite asegurarun mejor comportamiento trmico de edificio. Belgrado se caracteriza por el viento que vienedel sur y el sudeste, que lleva pocas nubes y tiempo seco. El viento ms famoso de estasregiones es KOAVA (Kosava) y es caracterstico en otoo e invierno, pero tambin ocurreen los meses calurosos y sopla de sudeste-este; sopla en intervalos de 1, 3 o 7 das, pude

conseguir una velocidad de 120 km/h, pero la promedia es 25 - 45km/h. Este viento tieneadjetivo de limpiador del aire de ciudad de Belgrado.

Figura 10. Carta estereogrfica de BelgradoFigura 11. Rosa de los vientos de Belgrado


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Captulo 3: Estndar para minimizacinde necesidades energticas en EULas medidas pasivas de diseo incluyen proporcionar las necesidades reales de los

habitantes. En particular, los requisitos espaciales y estndares de confort tienen un impactosignificante a consumo energtico de edificio y pueden ser diseados segn necesidadesindividuales. Crecientes per cpita los requisitos espaciales y decrecientes tamaos deaparatos domsticos son las 2 razones para aumento de consumo energtico en edificacin.

La energa primaria depende de locacin, clima y estacin y uso de edificio. El climay estacin tienen ms impacto en las demandas de calefaccin y refrigeracin. Sinembargo, parmetros climticos afectan el diseo y consumo energtico, pero los principios

fundamentales de eficiencia energtica se pueden sin excepcin aplicar en cualquier clima,solo ajustando los detalles a condiciones de lugar.

Se ha hecho el anlisis profundo del estndar alemn PassivHaus como el conceptode construccin y su funcionamiento. Llam la atencin por sus exigencias tcnicas,tecnolgicas y requisitos de limitacin de demandas de calefaccin y refrigeracin muybajas. Desglosando los conceptos de construccin, se ha tratado de elegir cuales principiosse pueden aplicar en clima de Serbia.

3.1 PASSIVHAUS Estndar en UELa Unin Europea a finales de 2008 se llev a cabo un amplio debate sobre cmo

reducir el consumo de energa. Los edificios consumen alrededor del 40% de la energa yexactamente aqu se busca la solucin para lograr la mayor independencia de Europa delgas ruso y del petrleo rabe. El estndar Passivhaus es reconocida como una de lassoluciones. Han sido anunciadas las primeras legislaciones que en el ao 2011 tendra queestablecer la norma como un requisito obligatorio para la obtencin de permisos deconstruccin para todos los nuevos edificios que requieren calefaccin o refrigeracin, conarreglo a las normas de viviendas pasivas o su equivalente no residencial. 4

Efectivamente, la casa Passivhaus est teniendo mucho xito en los pasescentroeuropeos, con ms de 10.000 edificios construidos. Pero incluso en Alemania, dondenaci este estndar, ser imposible cumplir con esta intencin del Parlamento, ya que secalcula que el Passivhaus llegar a ser obligatorio all en unos 7 o 8 aos, o sea en 2015, envez del 2011.Sin embargo, un gran potencial de ahorro de energa se encuentra en losedificios existentes, y se buscan los modelos diferentes para hacer posible incorporar losestndares Passivhaus en estos edificios, como forma de rehabilitacin.

4 http://www.gradjevinarstvo.rs/TekstDetalji.aspx?ban=820&tekstid=523


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3.2 Funcionamiento de estndarEl trmino "Passive House" se refiere a estndar de construccin cual norma se puede

lograr usando una variedad de tecnologas, diseos y materiales. Se trata de unrefinamiento de low-energy house (LEH) estndar. Ofrece una manera costo-eficiente con

minimizacin de demanda de energa de los nuevos edificios de acuerdo con los principiosbsicos de sostenibilidad, y en el mismo tiempo manteniendo el confort de los ocupantes.

El requisito ms importante del estndar PassiveHaus es que su diseo se

desarrolla en principios de diseo solar pasivo, proyectando con los condiciones climticasde lugar, y incorporando las nuevas tecnologas de construccin se intenta bajar la demandade energa necesaria (de calefaccin y refrigeracin).

Esa estrategia se puede definir como "activa" y se encuentra como la diferenciaprincipal entre casas pasivas tradicionales y edificios construidos con el estndarPassiveHaus. Es decir, las casas funcionan en manera pasiva pero siempre utilizando lossistemas activos de climatizacin, por ejemplo los motores de ventilacin, bombas de calorgeotrmicas, etc. Ofrece posibilidad que la demanda energtica del edificio se suministrasolamente de recursos de energas renovables, pero teniendo en cuanta la disponibilidad derecursos y viabilidad de los extra costes.

La eficiencia energtica y eficiencia de los recursos son los objetivos bsicos delestndar Passivhaus.

Los edificios construidos segn el estndar cuentan con un gran aislamientotrmico, un control riguroso de las infiltraciones y una calidad del aire interior mxima.Aprovechan la energa del sol para su climatizacin, con un consumo energtico mnimo, delorden de un 70-90% menos que los edificios convencionales.

Figura 12. La comparacin entre consumo energtico especifico de lasviviendas


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3.3 Los requisitos de estndarEste estndar consigue un consumo energtico muy bajo con un confort trmico

muy alto y es el lder de los estndares de eficiencia energtica, como requiere tan poco,como 10 por ciento de la energa utilizada en los edificios tpicos en Europa Central.

Los requisitos principales: Demanda de energa til para calefaccin mxima 15 kWh / (m(a)/ao) Demanda de energa til para refrigeracin mxima 15 kWh / (m(a)/ao) La carga de calefaccin / refrigeracin est limitada a un mximo de 10 W/m2 La envuelta de edificio se debe caracterizar con una estanqueidad ,es decir, tiene

que ser hermtica con el cambio de aire que se limita a las tasas de n50=0,6 /h.(medido con una presin de 50 Pascales)

Consumo de energa primaria para calefaccin, refrigeracin, ACS y electricidad queno puede ser superior a 120 kWh / (m(a)/ao).

El numero de 15 kWh / (m(a)/ao) se encontr a partir de calcular la mxima cantidad decalor que se puede entregar con el suministro de aire fresco con la tasa mnima requeridade ventilacin, y se limita por:

- La temperatura del aire entrante no puede sobrepasar los 50 C, si el aire que se introduceen el espacio est en una temperatura superior, se pueden producir los problemas con elcalidad de aire interior.- Se debe lograr la temperatura de confort en interior (20C) en las zonas de baja ventilacin- eso significa que solo una cantidad de calor puede ser suministrada sin exceder el lmite de50 C de temperatura.

Figura 13. Potencia mxima de calefaccin de edificio convencional, CTE y PassivHaus

1.Sistema de calefaccin estndar por agua caliente: potencia media aprox. 100 W/ m2.2.Edificio CTE- Potencia de caldera 25-30 W/ m2.3.PassivHaus:potencia mx. de calefaccin 10 W/ m2.Post-calentamiento del aire mx. 1KwEl clculo para obtener la condicin "para casas pasivas":

De la experiencia (y DIN 1946) se sabe que el 30 m / h es un caudal de aire

mnimo por persona para mantener una calidad razonable del aire interior. Aire tiene unacapacidad calorfica especfica de 0,33 Wh / (m K) (a 21 C). Se puede aumentar la


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temperatura del aire fresco por 30 K, no ms, para evitar la pirolisis de polvo.

30 m / h / Pers. 0,33 Wh / (K m) 30 K = 300 W / Pers

Esto demuestra: 300 vatios por persona puede ser aportado por el aire fresco delsistema de calefaccin. Si se tiene por ejemplo, 30 m de espacio habitable por persona,calculando con 10 W por espacio m vida. Este valor es independiente del clima.

Estos requisitos se controlan a travs del programa PHPP, menos la estanqueidadde edificio.

Las caractersticas y componentes bsicas que distinguen la construccin deestndar PassivHaus:

Super-aislamiento: los cerramientos exteriores opacos deben de tener el coeficientede transmisin (U) inferior a 0,15 W/m2K

Orientacin al Sur y control de las ganancias de radiacin solar mediante elementos

de sombreado - El diseo solar pasivo es imprescindible en diseo de las casaspasivas U - valores para las ventanas y puertas deben ser 0,8 W/m2K) (0,14 Kcal/h/ft/F)

(para el marco y cristal).Se requiere la ventana con triple vidrio y marco de buena calidad y aislamientotrmico.(Factor U=0,14; R=7,1)

Control riguroso de puentes trmicos y su reduccin al mnimo, lo ideal sera suausencia 0.01 W/mK (0.006 Btu/(fthF))

El precalentamiento pasivo de aire fresco: El aire fresco puede introducirse en lacasa a travs de conductos subterrneos que intercambian calor con elsuelo(energa geotrmica). Esto precalienta el aire a una temperatura superior a 5 C (41 F), incluso en los das fros del invierno.

Estanqueidad: n50 de 0,6 h-1 a 50 Pa o menos La ventilacin mecnica en toda la casa con recuperacin del calor (con eficiencia

de 80% o ms, con una potencia del ventilador especficamente baja @Wh/m3(0,013 Wh/ft3) (air-to-air heat exchange)

Suministro de agua caliente sanitaria utilizando las energas renovables - placassolares y bombas de calor

Ventilacin natural cruzada en verano Los aparatos domsticos de alta eficiencia energtica - refrigeradores , estufas,

congeladores, lmparas, lavadoras, secadoras, etc. son indispensables en una casapasiva

Uno de los requisitos de casas PassivHaus que destaca esas casas es laventilacin mecnica, que ser detalladamente explicada en prximo pargrafo.


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3.4 Ventilacin mecnica

Los sistemas de ventilacin mecnica pueden clasificarse en sistemas deimpulsin, sistemas de extraccin y de impulsin y extraccin. Los sistemas de extraccin ylos de extraccin y impulsin, ofrecen la oportunidad a recuperar el calor a travs delintercambiador del aire. En los sistemas de impulsin y extraccin, el calor recuperadopuede utilizarse parea calentar el aire de renovacin mediante un intercambiador de placaso un volante trmico.

El funcionamiento del sistema de intercambio del aire(figura 6):

El aire caliente (rojo, aire extrado) fluye a travs de un canal y suministra el calora las placas. Este aire saldr del intercambiador mas frio. En el lado opuesto delintercambiador de placas, el aire exterior (en azul) fluye por canales separados. Este aireabsorber el calor y saldr del intercambiador con una temperatura ms alta (pero an nocontaminado), entonces llamado el aire suministrado (verde). El principio de contraflujopermite la recuperacin casi el 100% de la diferencia de temperatura, si el intercambiador essuficientemente largo. En el mercado, estn disponibles los sistemas con un 75% a 95% derendimiento.Por supuesto, esto slo funciona con los intercambiadores de calor decontraflujo y con los ventiladores muy eficientes (llamados CE-motores con una eficienciaespecialmente alta).

Figura 14. Esquema de ventilacin mecnica

Figura 15. El funcionamiento del sistema de intercambio del aire


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Ventilacin funciona correctamente slo si el aire contaminado es removidoconstantemente fuera de cocina, baos, y otra habitacin con todas contaminacinatmosfrica significativa. El aire fresco tiene que ser introducido en la sala de estar, sala denios, los dormitorios y salas de trabajo para sustituir el aire extrado.(Figura 5.)

Figura 16. La base tcnica del requisito del demanda mxima de calefaccin permitida de 15kWh/m2/ao

A medida que nuevos edificios son cada vez ms hermticos, la ventilacin atravs de juntas y rendijas por s sola no es suficiente para suministrar el aire fresco en losinteriores. Apertura de las ventanas recomendada solo no es suficiente. El aire fresco no esmeramente una cuestin de comodidad, sino una necesidad para una vida sana. A pesar deque los sistemas de ventilacin requieren una inversin adicional para empezar, van aterminar con ahorro considerable de energa, siempre que sean los sistemas altamenteeficientes.

El sistema de ventilacin debera estar diseado con posibilidades de fcilmantenimiento, y las placas que exigen limpieza necesitan tener el acceso fcil y rpido.

Mantenimiento correcto significa cambio regular de filtros y limpieza de los placasintercambiadores, y de no ser as, su eficiencia descender y la calidad de aire empeorar.En general, los sistemas de ventilacin y de aire-acondicionado, que no reciben elmantenimiento regular no afectan solo el calidad de aire sino que pueden causar problemasde salud de los ocupantes debido a desarrollo de los microorganismos.

Ventilacin mecnica con recuperacin de calor - es un concepto fundamentalpara edificios de muy bajo consumo energtico como es el Passivhaus y uno de losrequisitos sin cuales la demanda energtica de calefaccin y refrigeracin no podra ser tanbaja.


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3.5 Los principios que se pueden aplicar en caso de SerbiaAnalizando el concepto de construccin de casas pasivas, determinando que esas

viviendas son diseadas en los principios de diseo solar pasivo pero su funcionamientodepende mucho de los sistemas activos. Siendo que el objetivo de trabajo principalmentees determinar las medidas pasivas de diseo, que funcionamiento de vivienda sin empleo desistemas activos se prolonga lo mximo posible, primero se tratar aplicar los elementosconstructivos bsicas y luego se considerar la efectividad de aplicacin de sistemas activosespecficos de PassivHaus, como ventilacin mecnica- HRU.

Las caractersticas y componentes bsicas que se pueden considerar en el diseo, a partede los principios de diseo solar pasivo:

Los principios de aplicacin de aislamiento trmico, sus coeficientes de transmisinrecomendados, en el orden de 0,15 W/m2K, pero variara segn cerramiento.

Las ventanas de alta calidad, de triple vidrio, U del orden de 0,8 W/m2K) (0,14Kcal/h/ft/F) (para el marco y cristal).Actualmente en Serbia se instalan las ventanas de triple vidrio, pero con elcoeficiente U menos eficiente, alrededor de 2,0 - 1,8 W/m2K, pero las ventanas dedoble vidrio siguen siendo la opcin ms frecuente utilizada, por su todava bajocoste de inversin al principio.

Control riguroso de puentes trmicos y su reduccin al mnimo, lo ideal sera suausencia 0.01 W/mK (0.006 Btu/(fthF))Realmente la construccin tradicional presta mucha atencin en los puentes

trmicos, como una de exigencias de clima, pero lo ms necesario es controlriguroso de mano de obra de los detalles.

Uno de principios generales de eficiencia energtica en los hogares - los aparatosdomsticos de alta eficiencia energtica - refrigeradores , estufas, congeladores,lmparas, lavadoras, secadoras, etc. son indispensables en una casa pasiva.

Esas componentes sern consideradas como complementarias a medidas de diseosostenible, es decir, diseo solar pasivo. En el prximo captulo se determinarn lasestrategias concretas de diseo segn zona climtica.


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Captulo 4: Estrategias de diseo paradisminuir las demandas de calefaccin yrefrigeracin

La ecuacin de temperatura de balanceTi : temperatura media interior para el mes considerado, en C

Te: temperatura media exterior para el mes considerado, en C

I: ganancia media por radiacin solar, en W/m3

D: aportes medios internos, en W/m

G: coeficiente de intercambio trmico, en W/C m

La ecuacin de temperatura de balance o de equilibrio, presenta un valor medio

de la temperatura interior con unas condiciones climticas determinadas de clima exterior,pero suponiendo que todos condiciones son constantes en el tiempo y no refleja lasvariaciones temporales que son muy importantes en las climas templados. El clculoaproximativo se hace para meses extremos del ao, para mes de Enero y Julio.

La ecuacin expresa que temperatura interior depende de varios factores,principalmente de temperatura exterior. La diferencia de la temperatura exterior ytemperatura interior de confort es dependiente de varios factores:

los condiciones climticas exteriores posicin geogrfica, micro-clima de sitio, los cambios y saltos de temperatura diarios y estacionales tipo y diseo del edificio los ocupantes, sus actividades y criterios de confort

Otro aspecto importante son las ganancias solares (I). La radiacin solar, sinembargo, es el fuente mayor de los ganancias de calor y su magnitud vara con la ubicacingeografica, condiciones del sitio y el diseo de edificios y la distribucin de los espaciosinternos. A parte de los ganancias de radiacin solar, en los edificios las aportacionesgratuitas (D) provienen de los ocupantes, dependiente de su actividad metablica, por eluso de iluminacin artificial y aparatos domsticos. El magnitud de ganancias depende deltipo de construccin y actividad que se desarrolla en el interior. El factor importante queinfluye en el balance interior son las prdidas de calor, que provienen de prdidas detransmisin y perdidas por ventilacin (G).Las perdidas por transmisin son mascontrolables que las perdidas por ventilacin.


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El base de diseo bioclimtico es aprovechar las ganancias de radiacin solar yganancias de aportes internos para calentar el interior de edificio cuando la temperaturaexterior es bajo de nivel de confort, o disipar las ganancias si la temperatura exterior es muyalta. Si edificio est diseado con respeto a estos principios, puede sostener ms tiempo sinnecesidad de aporte de sistemas activos de calefaccin y refrigeracin y la diferencia detemperatura que tienen que superar estos sistemas es menor. Es decir, reducir el periodode utilizacin e intensidad de sistemas convencionales.

Sin embargo, la estrategia principal de diseo que podemos determinar serafectar a los factores principales que influyen en el confort trmico interior de edifico y quese pueden controlar:

GANANCIAS PERDIDAS POR TRANSMISION.

Despus determinados los factores principales que afectan el balance trmico,analizados los factores y pre-existencias climticas para Serbia, se pueden concluir lasestrategias bsicas de diseo para invierno y para verano, con propsito de bajar lo mximo

posible las demandas calorficas y frigorficas y reducir el empleo de sistemasconvencionales de calefaccin.

Figura 17. Ganancias y prdidas tpicas en invierno y en verano


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4.1 ESTRATEGAS INVIERNOEn el comportamiento de los climas fros y continentales, se deben considerar los

aspectos que ocurren como en invierno, tanto en verano, por sus exigencias antagnicas.Por sus grandes saltos de temperatura y requerimientos diferentes durante el ao, hay queintroducir siempre en diseo arquitectnico los elementos variables, como proteccin solarvariable, aislamiento nocturno, ventilacin variable, etc.

En el periodo de frio, las ganancias solares y ganancias de los aportes interior, noson suficientes para conseguir la temperatura de confort requerida de los ocupantes. Latemperatura interior de balance se puede subir notable tratando de aumentar ganancias,disminuir las perdidas y aplicando los sistemas pasivos de calefaccin. Eso son lasestrategias principales en construccin para reducir la demanda calorfica y reducir elperiodo de calefaccin.

El porcentaje de demanda energtica que se necesita a conseguir la temperaturade confort se cubre con los sistemas activos convencionales de calefaccin, cual propsitoes alcanzar que la temperatura interior est dentro de los valores de confort dependiendode estacin.

La temperatura de balance divide el ao en tres diferentes periodos, cual duraciny intensidad dependen de clima, el tipo de edificio y diseo ( figura 17.)

Figura 19. Periodos durante el ao que divide latemperatura de balance

Figura 18. Ganancias y prdidas detemperatura


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4.2 ESTRATEGIA: minimizacin de las prdidas de calorpor transmisin

Previamente, para conseguir el nivel deaportacin solar satisfactorio, se debe reducir lademanda de energa mediante el diseo correctodel edificio, poniendo un buen grado deaislamiento trmico y considerando las ventanasde alta calidad y acristalamiento con menorcoeficiente de transmisin, porque estos aspectosde diseo son principales y tienen mayorimportancia en regiones con climas parecidas aSerbia.

Prdidas por transmisin pueden serreducidas drsticamente considerando siguientesacciones, que se dividen en permanentes y

variables:

Figura 20. Esquema de estrategias para invierno desde ecuacin de balance

Figura 21. Re

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