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ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE BARCELONA

Máster en Arquitectura energía y medio ambiente 2011 / 12

Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo

ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE BARCELONA

Máster en Arquitectura energía y medio ambiente 2011 / 12

T E S I N A

E S T U D I O C O M P A R A T I V O D E L A E F I C I E N C I AE N E R G É T I C A D E L O S E D I F I C I O S D E O F I C I N A

V I D R I O S E S T Á T I C O S Y D I N Á M I C O S

E N E R G É T I C A D E L O S E D I F I C I O S D E O F I C I N AE N C L I M A M E D I T E R R Á N E O A P A R T I R D E L AU T I L I Z A C I Ó N D E D I F E R E N T E S T I P O S D EA C R I S T A L A M I E N T O.

PresentaciónL Y D I A L Y M P E R O P O U L O UL Y D I A L Y M P E R O P O U L O U

TutorPhD J A U M E A V E L L A N E D A


Hipotesis

En los países mediterráneos, edificios altamentevidriados como edificios de oficinas habitualmentevidriados como edificios de oficinas, habitualmentese presentan problemas de sobrecalentamiento ydeslumbramiento en sus espacios interiores de talmanera que obliga al uso de aire acondicionado, conun altísimo gasto energéticoun altísimo gasto energético.


Objetivo

¿ Cómo afecta al consumo de energía de un edificio de oficinas la utilización de diferentes tipos de vidrio ?

¿ Cuáles son las emisiones de CO2 que se producen en cada caso ?¿ Cuáles son las emisiones de CO2 que se producen en cada caso ?

¿ Cuál es el coste durante la vida útil del edificio ?


Pasos

Investigación de la eficiencia energética del vidrio y de sus características técnicas

Investigación de nuevos tipos de vidrio: vidrios dinámicos activosg p

Selección de los tipos de vidrio y del edificio de referenciaSelección de los tipos de vidrio y del edificio de referencia

Si l ió E D i B ild ál l lSimulación en Ecotect, DesignBuilder y cálculos manuales

Análisis y conclusiones


Eficiencia energética del vidrio


Vidrios estáticos

Vidrio doble VidrioVidrio doble con cámara de aire o gas

Vidriocontrafuego

Vidrioflotado

Vidrio aislanteVidriocurvado

Vidrio de baja emisividad (Low‐E)

Laminado acústico

Vidrios de

Vidrios dinámicos pasivosVidrio de control solar Vidrio

templadoVidrio Vidrios de seguridad

Vidriotintado


Vidrios dinámicos

Cristal liquido disperso (LCD)

Fotocrómicos

Vidrios dinámicos activosGasocrómicos

Vidrios dinámicos pasivos

Termocrómicos

De particulas en suspensión (SPD)( )

Electrocrómicos


Vidrios dinámicos activos > vidrios de cristal liquido disperso


Vidrios dinámicos activos > vidrios de partículas en suspensión


iVidrios dinámicos activos > vidrios electrocrómicos


iVidrios dinámicos activos > vidrios electrocrómicos

National Renewable Energy Laboratoy (NREL), USA

Century College, USA


Selección del edificio de referencia


Banco de Sangre y Tejidos (BST), Barcelona



DATOS GENERALES

Superficie construida: 16.630 m² Altura: 29,50 mNúmero de plantas: 5 sobre rasante y I bajo rasante



MATERIALES

• Cerramiento pesado

Hormigón blanco 30cmcon aislamiento (lana mineral)con aislamiento (lana mineral)U=0,3 W/m².K

• Huecos

Vidrio doble de control solar y baja emisividadU=1,6 W/m².K

Factor solarFactor solarg=0,3

Transmitancia lumínicaT=0,5



HVAC

• Calefacción / ACS2 x 460 kW calderas, alimentadas con gas natural como combustible.

• Refrigeración3 x 621kW refrigeradores de alta eficiencia alimentadas con electricidad de la red como combustible.

lCoP del sistema: 4.96

3 x 723 kW ¨cooling towers¨ adiabáticos

ILUMINACIÓN

Sistema DALI. Regulación automática de las gpersianas en función de la nubosidad y del ángulo de incidencia de los rayos delo sol.


Selección de tipos de vidrio

CASO 3Vidrio doble electrocrómico + l t l

CASO 1Vidrio doble con cámara de aire + persianas manuales(U 2 7 0 7 T 0 8)

CASO 2Vidrio doble de baja emisividad y control solar +

i t ti d glare control (claro> U=1.1, g=0.4, Tvis=0.6, tintado> U=1.1, g=0.1, Tvis=0.02)

(U=2.7, g=0.7, Tvis=0.8) persianas automatizadas(U=1.4, g=0.3, Tvis=0.5)


Selección de programa de simulación

D E S I G N B U I L D E RE C O T E C T

• Se apoya en el EnergyPlus, lo que permite

oianálisis muy avanzados de los consumos del

• Cálculos de sombreamiento y radiación muy

b visuales

oiedificio.

• Importación dxf 2D y gbxml 3D

• Weather tool / Solar tool

Importación dxf 2D y gbxml 3D

• Posibilidad de definición paramétrica de lamas,

i i l di id i l ó i

• Exportación a otras herramientas:

oEnergyPlus, Radiance, gbxml etc

oipersianas, voladizos o vidrios electrocrómicos

oiasí como su estrategia de control en función

oide niveles de radiación, temperaturas etc.

• Limitaciones en los cálculos de energía térmica

o(consumos de calefacción y refrigeración ,

temperaturas interiores etc)


Simulación: programa Ecotect

N



BST, Radiación Solar por fachada (de 1 de junio a 31 de agosto, 8h a 18h)

Sur oeste Sur este Norte este Norte oeste

BST, Radiación solar por fachada (de 1 de diciembre a 28 de febrero, 8h a 18h)

Sur oeste Sur este Norte este Norte oeste



CASO 3

Vidrio doble electrocrómico + glare control


Simulación: programa DesignBuilder


Simulación: programa DesignBuilder

Categoría Descripción

HVAC

System type VAV + Heat recovery + Free coolimg

Cooling type Chilled water

Heating type Hot water gas boilerHeating type Hot water gas boiler

Economiser (Free cooling) type Return air temperature

Fan system operation Continuous whenever spacies are occupied

Type of chillers Screw chillers

Chiller efficiency 4 9 COPChiller efficiency 4.9 COP

Type of Boilers Gas boilers

Heating set point 20°C

Cooling set point 24°C

DOMESTIC HOT WATER SYSTEM

Type Instantaneous hot water only (fuel: natural gas)

LIGHTING

Luminaire type RecessedLuminaire type Recessed

Lighting control type Stepped (only for the office zone)


Energía

FACHADA CONVENCIONAL Combustible Consumo anual

kWh / m²Consumo anual

kWh / planta

Equipos de oficina Electricidad 7,609 12.127

Il i ió El t i id d 18 792 29 948Iluminación Electricidad 18,792 29.948

Ventiladores Electricidad 9,922 15.813

Bombas Electricidad 9,133 14.555

Calefacción Gas 7 472 11 907Calefacción Gas 7,472 11.907

Refrigeración Electricidad 14,796 23.580

ACS Gas 4,177 6.658

Heat rejection Electricidad 0,675 1.045Heat rejection Electricidad 0,675 1.045

Total 72,576 115.633

Vidrio doble con cámara de aire + persianas manuales, BST. Simulación Nº1


Energía



kWh / planta







ACS Gas 4,177 6.658


Total 59,137 94.246

Vidrio doble de baja emisividad con protección solar + persianas automatizadas, BST. Simulación Nº2


Energía



kWh / planta







ACS Gas 4,177 6.658


Total 58,987 94.103

Vidrio doble electrocromico + glare control, BST. Simulación Nº3


Energía

Consumo energético annual del BST según tipo de vidrio y controlkWh

70 000

80.000

90.000

g g p ykWh

+19%

50.000

60.000

70.000

Ventilación

R f i ió

+1%

20.000

30.000

40.000 Refrigeración

Calefacción

Iluminación

0

10.000

Vidrio doble+persianas manuales

Vidrio de baja emisividad+DL+persianas

t ti d

Vidrio electrocromico+ DL+glare control

automatizadas


Energía

2,50

Gráfica comparativa del consumo mensual de calefacción (1) kWh/m²

1,50

2,00

Vidrio de baja emisividad+persianas

0,50

1,00

j pautomatizadas (glare control)

Vidrio electrocromico+ glare control

0,00


Energía

0,6

0,7

Gráfica comparativa del consumo mensual de iluminación (2)kWh/m²

0,4

0,5

0,6


0 1

0,2

0,3Vidrio de baja emisividad+persianas automatizadas (glare control)


0

0,1


Energía

3,00

3,50

Gráfica comparativa del consumo mensual de refrigeración (3) kWh/m²

2,00

2,50

,


0,50

1,00

1,50j p

automatizadas (glare control)


0,00


Energía

1,8

2

Gráfica comparativa del consumo mensual de ventilación (4)kWh/m²

1

1,2

1,4

1,6


0,4

0,6

0,8

1 Vidrio de baja emisividad+persianas automatizadas (glare control)


0

0,2


Emisiones de CO2

kgCO2

Combustibles Factor de conversion *

Electricad (kWh) 0,267 kg CO2 / kWh

Gas natural (kWh) 0,200 kg CO2 / kWh

29.631

23.895 23.88625 000

30.000

35.000 +20%

( ) , g /

• Según la Generalitat de Catalunya – Comisión Interdepartamental del Cambio Climático y la 15.000

20.000

25.000

Oficina Catalana de Cambio Climático.

5.000

10.000

0

Vidrio doble+persianas manuales

Vidrio de baja emisividad+persianas automatizadas (glare control)



Coste

INVERSIÓN INICIAL PLANTA TÍPICA

10 AÑOS DE USO

COSTE TOTAL

2.110.131

1.959.594 1.941.0662.000.000 €

2.500.000 €

‐169.100€‐150.537€

1.181.530

1.500.000 €

928,601 991,934 967.660995,486 945.580

500.000 €

1.000.000 €

0 €

Vidrio doble commún Vidrio de baja emisividad y protección solar Vidrio electrocrómico.

*Para suministros con potencia contratada a partir de 15 kW, el término de energía es 0,179 €/kWh según las tarifas eléctricas de Endesa publicadas en el BOE 28 Junio 2012.


Conclusiones

• La comparación de estas alternativas muestra que en un clima mediterráneo el edificio de referencia que tiene 50% huecos

gasta menos energía con el uso del vidrio electrocrómico.

• Para el cálculo de las emisiones de CO2, la alternativa del vidrio electrocrómico tiene casi las mismas emisiones de CO2

que la del vidrio de baja emisividad y emite 20% menos que el caso del vidrio doble sencillo con persianas manualesque la del vidrio de baja emisividad y emite 20% menos que el caso del vidrio doble sencillo con persianas manuales.

• Sobre el coste de los vidrios – para los primeros 10 años del uso del edificio – se estima que la alternativa del vidrio

electrocrómico es más económica mientras que el coste para su funcionamiento es muy bajo: 3 5 kWh/m²/añoelectrocrómico es más económica mientras que el coste para su funcionamiento es muy bajo: 3.5 kWh/m /año.

Nota: Aún no existe alguna información sobre el mantenimiento de los vidrios electrocrómicos y su garantía es de 10 años

para el vidrio 5 años para el funcionamiento del electrocrómico y sólo 2 años de los componentes de los sistemas de control

• La falta de control de la iluminación y de las persianas puede aumentar dramáticamente el consumo total del edificio.

para el vidrio, 5 años para el funcionamiento del electrocrómico y sólo 2 años de los componentes de los sistemas de control.


Conclusiones

• Para tener resultados más generalizados sobre la eficiencia energética de dichos vidrios se deben probar más parámetros

/como distintas tipologías de fachada o climas más fríos/cálidos que el mediterráneo (Anexo).

• En conclusión, el vidrio con sus múltiples variantes, puede ser un material de altas prestaciones en relación a la estética y

eficiencia energética en la arquitectura Es importante para los arquitectos e ingenieros entender los tipos de vidrios que estáneficiencia energética en la arquitectura. Es importante para los arquitectos e ingenieros entender los tipos de vidrios que están

disponibles hoy en día en el comercio con el fin de encontrar la solución óptima para cada proyecto.


Anexo – Simulación. Segundo caso > Fachada tipo muro cortina


Anexo – Simulación. Segundo caso > Fachada tipo muro cortina

Consumo anual

CASO 1Vidrio doble con cámara de aire + 115.633 125.128 kWh / plantaVidrio doble con cámara de aire + persianas manuales

CASO 2Vid i d bl d b j 94 246 92 841

p

kWh / l t

CASO 3

Vidrio doble de baja emisividad y control solar +persianas automatizadas

94.246 92.841 kWh / planta

CASO 3Vidrio doble electrocrómico + glare control

94.103 97.228 kWh / planta


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