Programas de simulación y certificación. Conocer que es la ...

Atecyr

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Curso de experto en rehabilitación energética de edificios

Juan Francisco Coronel Toro

Programas de simulación y certificación.

HULC

OBJETIVOS

> Conocer que es la herramienta HULC> Saber cuál es el alcance y las capacidades de HULC> Uso de una herramienta de simulación en un proyecto

de rehabilitación> Particularidades de HULC para la rehabilitación> NO es un objetivo: ser un curso práctico de uso de

HULC

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Programas de simulación y certificación: HULC

Atecyr

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ÍNDICE

1. Introducción

2. ¿Qué es HULC?

3. Introducción de datos de entrada

4. Análisis de resultados

3


1. Introducción

ÍNDICE

1. Introducción

2. ¿Qué es HULC?



Atecyr

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Consumo de energía en los edificiosMundo (2015) España (2015)


Industria 31.7%

Transporte 31.6%

Edificación 32.8%

Otros 3.8%

Industria 24%

Transporte 39%

Edificación 33%

Otros 4%

Fuente: IEA Fuente: IEA

Otros 3.8%

Industria 31.7%

Transporte 31.6%

Residencial 24.0%

Terciario 8.8%

Otros 4%

Terciario 13%

Residencial 20%

Transporte 39%

Industria 24%

Fuente: IEA Fuente: Eurostat

Mundo (2015) España (2015)

Sector residencial (España 2015) Sector Terciario (España 2005)

Cocina 8%

IIumin. 5%

EIectrod. 26%

ACS 18%

CIima 43% IIuminación

28%

1. INTRODUCCIÓN5

CIima 59%

3%Cocina OtrosACS

Equipos3%

4%

3%

Fuente: Secretaria General de Energía.

¿Qué es la simulación energética de edificios?

> Procedimiento, usualmente informatizado, para predecir el comportamiento térmico y energético de un edificio y sus instalaciones

Instalaciones energéticas / térmicas de un edificio:- Climatización = Ventilación, calefacción y aire acondicionado: HVAC- Agua Caliente Sanitaria. ACS. DHW- Iluminación- Equipamiento eléctrico- Cocina- Lavandería- Piscina cubierta / SPA- Producción eléctrica- Etc.

1. INTRODUCCIÓN6


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¿Qué es la simulación energética de edificios?

> Clasificación de los métodos de simulación- Estacionales / Mensuales- Horarios- Paso de tiempo corto

> Datos de entrada a un programa de simulación- Geometría del edificio- Calidad térmica de la envuelta- Características ocupacionales y funcionales- Instalaciones:

- Climatización, ACS, Iluminación, etc …

MAYOR PRESICIÓN/CANTIDAD DE RESULTADOS➞ MÁS DATOS DE ENTRADA

NO PUEDE SIMULARSE LO QUE SE DESCONOCE

1. INTRODUCCIÓN7


2. ¿Qué es HULC?

ÍNDICE

1. Introducción

2. ¿Qué es HULC?



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¿Qué es HULC?

> HULC: Herramienta Unificada Líder-Calener:¬ Software financiado por el estado español para:

– Verificar el cumplimiento de algunas secciones del código técnico DB HE– Obtención de la calificación energética de un edificio nuevo y/o existente

Objetivo secundario- Herramienta para la simulación energética de edificios incluyendo:

- Climatización- Agua Caliente Sanitaria.- Iluminación

Página web para descargahttps://www.codigotecnico.org/Programas/HerramientaUnificadaLIDERCALENER.html

2. ¿QUÉ ES HULC?9


¿Qué es HULC?

> Evolución histórica:¬ LIDER: Herramienta la verificación del CTE DB HE-1¬ CALENER-VYP: Calificación energética de viviendas y pequeños terciarios¬ CALENER-GT: Calificación energética de grandes edificios terciarios

HULC es un paquete de programas:- HULC: Herramienta central

- CCDEW: Cálculo de térmica (US)- ESTO2: Simulación de instalaciones de climatización y ACS (US)

- CALENER-GT: Herramienta para la definición de grandes edificios Terciarios (adaptación de software americano eQuest)- DOE-2.2: Motor de cálculo (DOE – USA)

- PostCALENER: Herramienta para el análisis de los resultados obtenidos

2. ¿QUÉ ES HULC?10


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¿Qué es HULC?

> Cálculo del consumo de energía final del edificio:¬ Paso a energía primaria no-renovable y emisiones de CO2


Tipo de energíaEnergía

final

Energía

primaria

no renovable

Emisiones

Electricidad 1 kWh 1.954 kWh 0.331 kg CO2

Gas natural 1 kWh 1.190 kWh 0.252 kg CO2

Gasóleo 1 kWh 1.179 kWh 0.311 kg CO2

Fuel-oil 1 kWh 1.179 kWh 0.311 kg CO2

Carbón 1 kWh 1.082 kWh 0.472 kg CO2

GLP 1 kWh 1.201 kWh 0.254 kg CO2

Biomasa no densificada 1 kWh 0.034 kWh 0.018 kg CO2

Biomasa dens. (pelets) 1 kWh 0.085 kWh 0.018 kg CO2


Fuente: FACTORES DE EMISIÓN DE CO2 y COEFICIENTES DE PASO A ENERGÍA PRIMARIADE DIFERENTES FUENTES DE ENERGÍA FINAL CONSUMIDAS EN EL SECTOR DE EDIFICIOS EN ESPAÑA.Documento reconocido RITE (14/01/2016)


HE0

HE1

HE2

HE3

HE4

HE5

Limitación del consumo energético

Consumo energía primaria no renovable

Consumo energía primaria total

C ep,nren

C ep,total

Condiciones para el control de la demanda

energética

KTransmitancia de la envolvente térmica

Control solarde la envolvente térmica qsol;julPermeabilidad al aire de la envolventetérmica n50 / Q100

Limitación descompensaciones

Limitacióncondensaciones

Condiciones de las instalaciones térmicas

Especificaciones RITE

Condiciones de las instalaciones de

iluminación

VEEI, Pmax , Sistemas de control y regulación

Generación mínima de energía eléctrica

Potencia mínima a instalar

Contribución mínimade energía renovable

para cubrir demanda de ACS

60-70% cubierto por renovables

Cumplimiento del CTE DB-HE 2019

> HE0: Limitación del consumo energético¬ Consumo de energía primaria no renovable

¬ Consumo de energía primaria total

¬ Nº horas fuera de consigna < 4% periodo ocup.

Tabla 3.1.a - HE0

Valor límite Cep,nren,lim[kW·h/m2·año] para uso residencial privado

Zona climática de invierno

α A B C D E

20 25 28 32 38 43

40 50 55 65 70 80

Edificios nuevos y ampliaciones

Cambios de uso a residencial privado

y reformas

En territorio extrapeninsular (Illes Balears, Canarias, Ceuta y Melilla) se multiplicarán los valores de la tabla por 1,25

Tabla 3.1.b - HE0

Valor límite Cep,nren,lim[kW·h/m2·año] para uso distinto del residencial privado

Zona climática de invierno

A B C D Eα

70 + 8·CFI 55 + 8·CFI 50 + 8·CFI 35 + 8·CFI 20 + 8·CFI 10 + 8·CFI

C FI:Carga interna media[W/m2]

En territorio extrapeninsular (Illes Balears, Canarias, Ceuta y Melilla)se multiplicaránlos valores resultantes por 1,40


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HE0

HE1

HE2

HE3

HE4

HE5




C ep,nren

C ep,total


energética








iluminación







> HE1: condiciones para el control de la demanda energética¬ Ulim: aislamiento mínimo para cada componente

¬ Klim: Transmitancia media del edificio

¬ qsol;jul: Radiación solar máxima para un día de julio

¬ n50 Q100: Limite a la permeabilidad al aire de los huecos y del valore medio del edificio para viviendas

Tabla 3.1.1.c - HE1 Valor límite Klim [W/m²K]para uso distinto del residencial privado

Compacidad Zona climática de invierno

V/A [m³/m2] α A B C D E

Edificios nuevos.

Ampliaciones.

Cambios de uso.

Reformas en las que se renueve más del25% de la superficie total de la envolventetérmica final del edificio

V/A ≤ 1 0,96 0,81 0,76 0,65 0,54 0,43

V/A ? 4 1,12 0,98 0,92


0,82 0,70 0,59

Los valores límite de las compacidades intermedias (1<V/A<4) se obtienen por interpolación.



HE0

HE1

HE2

HE3

HE4

HE5




C ep,nren

C ep,total


energética








iluminación







> HE4: Contribución mínima de energía renovable para cubrir la demanda de ACS¬ Para ACS y piscinas climatizadas

¬ 60 – 70% debe ser cubierto con energías renovables

¬ Posibilidades más frecuentes:

– Energía solar térmica

– Bombas de calor

> HE5: Generación mínima de energía eléctrica¬ Edificios no residenciales con más de 3000 m2

¬ Pmin: Potencia mínima a instalar

Pmin = min (0,01 *SCONST , 0,05 *SCUBIERTA)

Potencia obligatoria a instalar no será inferior a 30 kW ni superará 100 kW


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Obtención de la calificación energética

> Calificación energética de viviendas¬ Climatización y ACS

¬ Edificios nuevos C1 y existentes C2

¬ C1 y C2 son una función de I0 : Emisiones de CO2 asociadas al consumo de energía para un uso “estándar” de la vivienda


Tabla 1: Calificación energética e índices para edificios de uso residencial privado (vivienda)

Calificación Índice

A C1 < 0, 15

B 0, 15 C1 < 0, 50

C 0, 50 C1 < 1, 00

D 1, 00 C1 < 1, 75

E 1, 75 C1

F 1, 75

C2

C1

< 1, 00

1, 00 C2 < 1, 50

G 1, 75 C1

1, 50 C2

C 1 =(R · I o/ I r ) — 1

2(R — 1)+ 0, 6

C 2 =0

o sR · I / I — 10


2(R —

1)

+ 0, 5

Obtención de la calificación energética

> Calificación energética de edificios terciarios


¬ Climatización, ACS e Iluminación

¬ Edificio de referencia:

– La misma geometría y el mismo uso

– La epidermis exigida en la HE-1 y los sistemas exigidos en HE-2, 3 y 4.

Tabla 2: Calificación energética e índices para edificios de uso distinto al residencial privado (vivienda)

Calificación Índice

A C < 0, 40

B 0, 40 C < 0, 65

C 0, 65 C < 1, 00

D 1, 00 C < 1, 30

E 1, 30 C < 1, 60

F 1, 60 C < 2, 00

G 2, 00 C

�=��

��

C = 1.23


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ÍNDICE

1. Introducción

2. ¿Qué es HULC?



Introducción de datos de entrada

> Fuentes de Información:¬ Visita al edificio

– Personal de mantenimiento

– Técnicos: Arquitecto, ingenieros, proyectistas, etc.

– Placas de equipos

– Planos ?

¬ Proyectos

– Arquitectura e Instalaciones

– Memorias descriptivas y de cálculo

– Planos

– Medición y presupuestos

> Recopilación de datos:¬ Planos en forma DXF

¬ Hojas de toma de datos: Recomendación formato XLS

¬ Recogida de datos previa al uso del programa.

3. INTRODUCCIÓN DE DATOS DE ENTRADA18


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> Tipo de edificio:¬ Nuevo / Existente

– Si no estamos interesados en cumplir CTE DB-HE definirlo como existente (Sólo calificación)

¬ Tipo de edificio

– Vivienda Unifamiliar

– Viviendas en bloque

– Una vivienda en bloque

– Edificio pequeño o mediano terciario

– Local de un edificio pequeño o mediano

– Gran edificio Terciario (CALENER-GT)• Cuando el edificio cuente con una instalación de climatización con producción de agua fría

(instalación de climatización centralizada)


> GEOMETRÍA



¬ Planos del edificio

¬ División en espacios del edificio: ¿Qué es un espacio?

¬ Dibujar los espacios en una capa en Autocad y crear un archivo por planta únicamente con los polígonos

¬ ESTRUCTURA EDIFICIO:

– Plantas

• Espacios

• Cerramientos exteriores• Ventanas /puertas

• Cubiertas

• Cerramientos contacto terreno

• Cerramientos interiores

¬ Elementos de sombra externos al edificio

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> CALIDAD TÉRMICA DE LA ENVUELTA¬ Cerramientos exteriores, cubiertas, cerramientos interiores y cerramientos en contacto con el terreno

– Definidos capa a capa

– Biblioteca de materiales elaborada por el instituto Eduardo Torroja

¬ Huecos

– Vidrios

– Carpinterías

– Protecciones solares

¬ Puentes térmicos

¬ Capacidades adicionales envuelta

– Muros Trombe

– Muro Solar

– Fachada Ventilada

– Acristalamientos Especiales






> CONDICIONES OPERACIONALES Y FUNCIONALES¬ Viviendas

– Nada

¬ Pequeño y Mediano Terciario

– Para cada espacio

– Intensidad de cargas internas: baja, media o alta

– Funcionamiento: 8h, 12h, 16h o 24h

¬ Gran Terciario


– Equipos eléctricos, iluminación, ocupación, infiltraciones

– Valor punta o máximo + Horario

– Horario: Variación del valor hora a hora durante todo el año

– Pueden definirse en HULC o en CALENER-GT

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> Sistema de iluminación¬ Viviendas

– Nada



– Potencia de iluminación [W/m2]

– VEEI del espacio y VEEIlim que marca el HE-3

¬ Gran Terciario


– Potencia de iluminación [W/m2]: Valor punta + Horario

– VEEI del espacio y VEEIlim que marca el HE-3

– Hasta 2 fotosensores por espacio para reducir el consumo de la iluminación artificial en función de la iluminación natural




> Sistema de Climatización y ACS¬ Viviendas

– Sistemas autónomos + calderas o BdC para ACS/Calefacción


– Sistemas autónomos + calderas o BdC para ACS/Calefacción

¬ Gran Terciario

– Sistemas autónomos de diferentes tipos

– Instalaciones de climatización por agua Fría/caliente:

• Circuitos primarios / secundarios

• Bombas de circulación

• Climatizadoras, fan-coils, etc.

– Muchas opciones de configuración de los diferentes equipos de tratamiento de aire y/o agua

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> Simulación de equipos térmicos¬ Condiciones nominales

– CAPACIDAD (CAPNOM), CONSUMO (CONNOM), EFICIENCIA (EFINOM = CAPNOM / CONNOM)

– Ej: Enfridora. TWS = 7ºC, TWE = 12ºC, TEXT = 35 ºC

¬ Condiciones de operación (fuera de condiciones nominales

– CAPACIDAD: CAP = CAPNOM · fCAP(T1, T2)

– FACTOR DE CARGA PARCIAL: fcp = Q / CAP

– EFICIENCIA: EFI = EFINOM · fEFI(T1, T2) · gEFI(fcp)


fCAP (Tws ,Te )

[º C ]Tws



> Simulación de equipos térmicos¬ Condiciones nominales

– CAPACIDAD (CAPNOM), CONSUMO (CONNOM), EFICIENCIA (EFINOM = CAPNOM / CONNOM)

– Ej: Enfridora. TWS = 7ºC, TWE = 12ºC, TEXT = 35 ºC

¬ Condiciones de operación (fuera de condiciones nominales

– CAPACIDAD: CAP = CAPNOM · fCAP(T1, T2)

– FACTOR DE CARGA PARCIAL: fcp = Q / CAP

– EFICIENCIA: EFI = EFINOM · fEFI(T1, T2) · gEFI(fcp)


fcp


gEFI ( fcp)

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> CALENER-BD (Base de datos de equipos en formato HULC y CALENER-GT)

– http://calener-bd.es– Programa que pretende facilitar la definición de equipos y componentes en los programas

HULC y CALENER-GT

– Gratuito para el usuario, financiado por los fabricantes.

– Incluye los valores nominales y las curvas de comportamiento de multitud de equipos


HULC

HULC

*.ctexml



ÍNDICE

1. Introducción

2. ¿Qué es HULC?



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29 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS

¬ Descomposición temporal: consumo mes a mes

¬ Descomposición por equipo

¬ Comparación con valores reales medidos: La simulación debe estar muy bien definida

¬ Comparación de las simulaciones en caso base y medidas de ahorro energético

Análisis de resultados de la simulación energética

> Conceptos fundamentales¬ Descomposición por sistemas y subsistemas

– ILUMINACIÓN + ACS + CLIMATIZACIÓN


30


> Conceptos fundamentales¬ Objetivos del análisis energético

– Conocer la estructura del consumo por servicios y fuentes

– Analizar el confort (Nº horas fuera de confort)

– Analizar el funcionamiento

– Examinar el dimensionamiento

– Analizar las emisiones

– Proponer medidas de ahorro

– Mejorar la calificación energética

– Realizar auditorías energéticas y propuestas de rehabilitación

¬ Descomposición temporal: consumo mes a mes4. ANÁLISIS DE RESULTADOS


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> Planteamiento de las medidas de mejora¬ ¿Qué quiero mejorar?

– Cumplir la HE-1: Mejorar la calidad térmica de la envuelta

– Reducir costes operación: Reducir consumo de energía final

– Cumplir la HE-0: Reducir el consumo de energía primaria

– Mejorar la calificación: Reducir las emisiones de CO2

¬ ¿Cuánto puedo mejorar?

– Mejorar la epidermis

– Mejorar los equipos

– Mejorar las instalaciones

– Emplear energías renovables

– Cambio del tipo de sistema

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS31



> PostCALENER: Herramienta para el análisis energético de HULC / CALENER-GT¬ Resultados disponibles

– Resultados globales anuales y mensuales para cada tipo de subsistema

– Para cada uno de los espacios: Confort (nº horas fuera de consigna)

– Para cada equipos: Luminarias, bombas, enfriadoras, calderas, autónomos, …

• Consumo en energía final, primaria y emisiones. Parámetros fundamentales del equipo

• Valores horarios de determinadas variables fundamentales

¬ Posibilidad de incluir equipos y sistemas no incluidos en HULC / CALENER-GT

– Documento reconocido “Aceptación de soluciones singulares y capacidades adicionales a los programas de referencia y alternativos de calificación de eficiencia energética de edificios”

– Obtención del consumo por medios propios, incorporación al edificio mediante PostCALENER

4. ANÁLISIS DE RESULTADOS32


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