efecto de la inercia sobre el confort térmico en verano en un hotel pasivo: mora d’ebre
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Jornada PEP: Inercia térmica – inercia pasiva, Febrero 2013
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INERCIA TÉRMICA : INERCIA PASIVA
Efecto de la inercia sobre el confort térmico en verano
en un hotel pasivo: Mora d’Ebre
Jornada PEP: Inercia térmica – inercia pasiva, Febrero 2013
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CONTENIDO
1. La inercia térmica en edificios pasivos
2. Edificio de referencia
3. Estudio comparativo
4. Resultados
5. Conclusiones
© OLIVER STYLE
Jornada PEP: Inercia térmica – inercia pasiva, Febrero 2013
1 LA INERCIA TÉRMICA Y SU PAPEL EN EDIFICIOS PASIVOS
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LA INERCIA TÉRMICA: ¿qué papel tiene?
Materiales constructivos con buenas propiedades de inercia térmica, pueden actuar como un
acumulador energético, almacenando y liberando energía cíclicamente, ayudando en la
modulación de las temperaturas interiores bajos distintas condiciones climáticas y de
ocupación
Se trata de una interacción energética dinámica entre:
• las condiciones climáticas exteriores
• el envolvente pasivo del edificio y sus características térmicas y de inercia
• las instalaciones activas y su programación
• la ventilación (natural y/o mecánica)
• la actividad interna
Si la inercia acumula y descarga energía, el portador energético es clave. En contextos
pasivos, el portador es el aire. Para este fin, la ventilación nocturna se encarga de extraer el
calor acumulado en los cerramientos y expulsarlo fuera del edificio durante la noche.
Es lógico que no todas las zonas son aptas para la ventilación nocturna: depende de la
variación de temperaturas e humedad durante el ciclo diurno en los meses de verano.
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1 LA INERCIA TÉRMICA Y SU PAPEL EN EDIFICIOS PASIVOS
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LA INERCIA TÉRMICA: edificios pasivos en climas cálidos
Literatura: mucha énfasis en el impacto de la inercia térmica en la reducción de
temperaturas interiores en verano, en edificios no climatizados…
¿Pero cuál es su impacto en edificios pasivos con un buen nivel de aislamiento,
estanqueidad y protección solar, en climas cálidos?
• mayor aislamiento, estanqueidad y protección solar >
• mayor tiempo que tarda el edificio en variar su temperatura interior por efectos de la
radiación, conducción y convección (cambios en el clima exterior) >
• mayor constante de tiempo
Un diseño cuidadoso de las materiales de un cerramiento puede optimizar la amortiguación
y desfase de la onda térmica, para mejorar las condiciones de confort interior, sin
climatización activa.
Analizamos un caso práctico con un estudio de simulación dinámica, de un edificio pasivo en
proceso de desarrollo en un clima cálido.
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2 EDIFICIO DE REFERENCIA: HOTEL PASIVO MORA D’EBRE
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EDIFICIO PASIVO: Hotel al Casc Antic, Mora d’Ebre
• Arquitecta: Èlia Vaqué
• Ubicación: C/Calvari, Mora d’Ebre, Tarragona, Catalunya
• Coordenadas: latitud = 41,09º / longitud = 0,64º
• ASNM: 54m
• Radiación global horizontal: 1.686 kWh/m2.a
• Temperatura media anual: 18,1ºC
• Superficie de referencia energética: 309m2
• Plantas: 4
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2 EDIFICIO DE REFERENCIA: HOTEL PASIVO MORA D’EBRE
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EMPLAZAMIENTO
Fuente: Google Earth
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2 EDIFICIO DE REFERENCIA: HOTEL PASIVO MORA D’EBRE
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EMPLAZAMIENTO
Fuente: E. Vaqué
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2 EDIFICIO DE REFERENCIA: HOTEL PASIVO MORA D’EBRE
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ALZADA OESTE
Fuente: E. Vaqué
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ALZADA ESTE
Fuente: E. Vaqué
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2 EDIFICIO DE REFERENCIA: HOTEL PASIVO MORA D’EBRE
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SECCIONES
Fuente: E. Vaqué
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2 EDIFICIO DE REFERENCIA: HOTEL PASIVO MORA D’EBRE
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TEMPERATURAS & RADIACIÓN SOLAR
Fichero climático horario: generado desde Meteonorm 7
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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ESTUDIO COMPARATIVO
Objetivo
• Analizar el efecto de la inercia en los cerramientos de la envolvente térmica (paredes
exteriores y cubierta) en el edificio de referencia, durante una semana típica en verano
• El análisis se realiza con el edificio sin climatización
• Se analizan las temperaturas operativas (To) en la planta 04
• Se contrastan los resultados del efecto de la inercia con otras estrategias de diseño,
relacionadas con la ventilación nocturna, la protección solar, y las fachadas y cubiertas
ventiladas
• Se sacan conclusiones acerca del impacto de la inercia en la envolvente térmica, en la
reducción de temperaturas operativas, para edificios bien aislados y estancos en climas
cálidos
• El programa de cálculo dinámico empleado es DesignBuilder 3.0.0.105, motor de
simulación EnergyPlus V. 7.2
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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ESTUDIO COMPARATIVO
Zona de análisis:
• Planta 04
• Zona crítica para el
sobrecalentamiento
Parámetros:
• Temperaturas operativas (To)
Fuente: E. Vaqué
Temperatura operativa To ≈ (Ta +
Tmr)2
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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ESTUDIO COMPARATIVO
Inercia en los cerramientos
• 3 cerramientos de inercia variada, plantas 03-04
1. Caso Ligero
2. Caso Madera Optimizada
3. Caso Pesado
• Se ajusta la inercia de la envolvente térmica
exterior (muros exteriores y cubierta), con
transmitancias idénticas
• Las demás condiciones de contorno se
mantienen exactamente iguales en los 3 casos
Fuente: E. Vaqué
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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CONDICIONES CLIMÁTICAS: semana típica
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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CONDICIONES DE CONTORNO
Estanqueidad al paso de aire (renovaciones n50)
• 0,6/h
Aire de renovación
• 0,35/h
• Programación: 24h/día
Ventilación natural
• 1,10/h [calculado con PHPP 2012: delta T = 1ºK & vel. viento = 0 m/s]
• Programación: activada cuando temp. aire int. ≥ 22ºC & temp. aire ext. ≤ 22ºC
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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CONDICIONES DE CONTORNO
Ganancias internas medias: 2,12 W/m2
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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VENTANAS & PROTECCIÓN SOLAR
Cristales: triples, 4-12-4-12-4, aire, bajo-e
• U= 1,16 [EN 673]
• g = 0,49
Carpinterías: madera [U = 1,10 W/m2.K]
• Ψ instalación = 0,04 W/m.K
• Ψ espaciador = 0,04 W/m.K
• U final equivalente = 1,67 W/m2.K
Protección solar
• Persianas apilables exteriores, altamente reflectivas
• Cerradas por usuarios/domótica cuando temperatura aire interior ≥ 24ºC
• Factor de reducción solar: 78%
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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SOMBRAS POR EDIFICIOS VECINOS Y ARBOLES (ejemplo: 22 Junio, 7am)
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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CERRAMIENTOS COMUNES: Solera
* Cálculos de inercia térmica: Davide Reggiani
Materiales [abajo > arriba] Espesor
(mm) Conductividad
(W/m.K) Calor especifico
(J/kg.K) Densidad (kg/m3)
Grava 200 1,000 920 2000
Aislamiento XPS 80 0,038 1000 38
Hormigón FM 2300-2600 200 2,000 1000 1400
Hormigón FM 2300-2500 50 2,300 1000 1400
Micro-cemento 60 1,800 1000 1600
Propiedades térmicas & de inercia* Valor Unidades
Transmitancia térmica U 0,382 W/m2.K
Factor de amortiguación fD 0,059 -
Desfase temporal Φ 14,7 h
Transmitancia térmica periódica Yie 0,022 W/m2.K
Capacidad térmica periódica interior 63 KJ/m2.K
Masa superficial 849 Kg/m2
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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CERRAMIENTOS COMUNES: Forjados intermedios
Materiales [abajo > arriba] Espesor
(mm) Conductividad
(W/m.K) Calor especifico
(J/kg.K) Densidad (kg/m3)
Cartón yeso 15 0,210 1000 790
Aislamiento Pavaflex 42,30 0,038 2100 55
OSB 15 0,130 1700 650
Aire [10% madera] 120 1,470 1050 1450
OSB 15 0,130 1700 650
Mortero de cemento o cal 50 1,300 1000 1900
Aislamiento Pavapor 22 0,038 2100 135
Mortero de áridos ligeros 50 0,410 1000 900
Parqué de madera 20 0,140 1200 650
Propiedades térmicas & de inercia Valor Unidades
Transmitancia térmica U 0,386 W/m2.K
Factor de amortiguación fD 0,048 -
Desfase temporal Φ 13,2 h
Transmitancia térmica periódica Yie 0,019 W/m2.K
Capacidad térmica periódica interior 16,2 KJ/m2.K
Masa superficial 364 Kg/m2
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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CERRAMIENTOS COMUNES: Muros exteriores P 00-01-02
Materiales [ext > int.] Espesor
(mm) Conductividad
(W/m.K) Calor especifico
(J/kg.K) Densidad (kg/m3)
Aislamiento XPS 80 0,038 1000 38
Hormigón armado 250 2,300 1000 2400
Ytong 200 0,110 1000 400
Yeso 15 0,400 1000 800
Propiedades térmicas & de inercia Valor Unidades
Transmitancia térmica U 0,236 W/m2.K
Factor de amortiguación fD 0,010 -
Desfase temporal Φ 16,2 h
Transmitancia térmica periódica Yie 0,002 W/m2.K
Capacidad térmica periódica interior 25,8 KJ/m2.K
Masa superficial 695 Kg/m2
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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MURO EXTERIOR: Caso Ligero [ventilado]
Materiales [ext > int.] Espesor
(mm) Conductividad
(W/m.K) Calor especifico
(J/kg.K) Densidad (kg/m3)
Aglomerado 15 0,140 1800 650
Aislamiento Rockwool 180 0,037 830 30
OSB 15 0,130 1700 650
Aislamiento Rockwool 40 0,037 830 30
Cartón yeso 13 0,210 1000 790
Propiedades térmicas & de inercia Valor Unidades
Transmitancia térmica U 0,156 W/m2.K
Factor de amortiguación fD 0,549 -
Desfase temporal Φ 6,1 h
Transmitancia térmica periódica Yie 0,085 W/m2.K
Capacidad térmica periódica interior 16,4 KJ/m2.K
Masa superficial 36 Kg/m2
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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MURO EXTERIOR: Caso Madera Optimizada [ventilado]
Materiales [ext > int.] Espesor
(mm) Conductividad
(W/m.K) Calor especifico
(J/kg.K) Densidad (kg/m3)
Aislamiento Isoroof 52 0,047 2100 240
Celulosa [10% madera] 160 0,048 2100 35
OSB 15 0,130 1700 650
Aislamiento Pavaflex 60 0,038 2100 55
Cartón yeso 13 0,210 1000 790
Propiedades térmicas & de inercia Valor Unidades
Transmitancia térmica U 0,156 W/m2.K
Factor de amortiguación fD 0,251 -
Desfase temporal Φ 11,1 h
Transmitancia térmica periódica Yie 0,039 W/m2.K
Capacidad térmica periódica interior 15,5 KJ/m2.K
Masa superficial 41 Kg/m2
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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MURO EXTERIOR: Caso Pesado [ventilado]
Materiales [ext > int.] Espesor
(mm) Conductividad
(W/m.K) Calor especifico
(J/kg.K) Densidad (kg/m3)
Aislamiento Rock SATE 176,3 0,038 830 110
1 pie LP métrico o catalán 280 0,634 1000 1150
Aislamiento Rockwool 40 0,037 830 30
Cartón yeso 12,50 0,210 1000 790
Propiedades térmicas & de inercia Valor Unidades
Transmitancia térmica U 0,156 W/m2.K
Factor de amortiguación fD 0,022 -
Desfase temporal Φ 15,3 h
Transmitancia térmica periódica Yie 0,003 W/m2.K
Capacidad térmica periódica interior 13,9 KJ/m2.K
Masa superficial 352 Kg/m2
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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CUBIERTA: Caso Ligero [ventilada]
Materiales [abajo > arriba] Espesor
(mm) Conductividad
(W/m.K) Calor especifico
(J/kg.K) Densidad (kg/m3)
Cartón yeso 12,50 0,210 1000 790
Aislamiento Rockwool 60 0,037 830 30
OSB 15 0,130 1700 650
Aislamiento Rockwool 192,50 0,037 830 30
Aglomerado 15 0,140 1800 650
Propiedades térmicas & de inercia Valor Unidades
Transmitancia térmica U 0,138 W/m2.K
Factor de amortiguación fD 0,452 -
Desfase temporal Φ 6,6 h
Transmitancia térmica periódica Yie 0,062 W/m2.K
Capacidad térmica periódica interior 14,5 KJ/m2.K
Masa superficial 37 Kg/m2
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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CUBIERTA: Caso Madera Optimizada [ventilada]
Materiales [abajo > arriba] Espesor
(mm) Conductividad
(W/m.K) Calor especifico
(J/kg.K) Densidad (kg/m3)
Panel de yeso Fermacell 15 0,320 1100 1150
Aislamiento Pavaflex 60 0,038 2100 55
OSB 15 0,130 1700 650
Aislamiento Pavawall 185 0,040 2100 150
Aislamiento Isoroof 35 0,047 2100 240
Propiedades térmicas & de inercia Valor Unidades
Transmitancia térmica U 0,138 W/m2.K
Factor de amortiguación fD 0,073 -
Desfase temporal Φ 17,1 h
Transmitancia térmica periódica Yie 0,010 W/m2.K
Capacidad térmica periódica interior 22,4 KJ/m2.K
Masa superficial 66 Kg/m2
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3 ESTUDIO COMPARATIVO
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CUBIERTA: Caso Pesado [ventilada]
Materiales [abajo > arriba] Espesor
(mm) Conductividad
(W/m.K) Calor especifico
(J/kg.K) Densidad (kg/m3)
Cartón yeso 12,50 0,210 1000 790
Aislamiento Pavaflex 60 0,038 2100 55
FU entrevigado cerámico 300 0,938 1000 1110
Aislamiento XPS 196,30 0,038 1000 38
Mortero de áridos ligeros 50 0,410 1000 900
Propiedades térmicas & de inercia Valor Unidades
Transmitancia térmica U 0,138 W/m2.K
Factor de amortiguación fD 0,020 -
Desfase temporal Φ 15,0 h
Transmitancia térmica periódica Yie 0,003 W/m2.K
Capacidad térmica periódica interior 13,9 KJ/m2.K
Masa superficial 399 Kg/m2
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4 RESULTADOS & ANÁLISIS
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RESULTADOS: Temperaturas operativas Planta 04
Parámetro CASO
LIGERO
CASO MADERA
OPT.
Variación: Mad. opt. >
Ligero
CASO PESADO
Variación: Pesado >
Ligero
To max. (°C) 30,33 29,96 -0,37 29,57 -0,76
To media (°C) 28,25 28,17 -0,09 27,83 -0,43
To min. (°C) 25,14 25,32 0,18 25,34 0,20
Delta T max. <> min. (ºC) 5,19 4,64 -0,55 4,23 -0,96
Humedad relativa media (%) 51,23 51,41 - 52,22 -
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4 RESULTADOS & ANÁLISIS
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RESULTADOS: Temperaturas operativas Planta 04
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T o (º
C)
Hora
Temperatura operativas Planta 04, 22 -28 Junio
CASO LIGERO
CASO MAD. OPT.
CASO PESADO
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4 RESULTADOS & ANÁLISIS
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ANÁLISIS: Efecto de la ventilación natural nocturna
• Se contrasta el efecto de la inercia con el efecto de la ventilación nocturna
• Se presenta un escenario con 2 ventanas completamente abiertas por planta,
permitiendo una ventilación simple, cruzada, y con efecto chimenea, dando 3,1 renov./h
cuando la temperatura del aire int. ≥ 22ºC & temp. aire ext. ≤ 22ºC [calculado con PHPP
2012: delta T = 1ºK & vel. viento = 0 m/s]
• Se analizan las temperaturas operativas en la Planta 04 y la potencia de refrigeración de
la ventilación natural
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4 RESULTADOS & ANÁLISIS
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RESULTADOS: Efecto de la ventilación natural nocturna
Caso Base @ 1,1/h
ventilación nocturna
Caso Base @ 3,1/h
ventilación nocturna
Jornada PEP: Inercia térmica – inercia pasiva, Febrero 2013
4 RESULTADOS & ANÁLISIS
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RESULTADOS: Efecto de la ventilación natural nocturna sobre temperaturas
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T o (º
C)
Hora
Temperaturas operativas Caso Base, Planta 04: Ventilación 1,1/h vs. 3,1/h
To Caso BaseVent. =(1,1/h)
To Caso BaseVent. = 3,1/h
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4 RESULTADOS & ANÁLISIS
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RESULTADOS: Efecto de la ventilación natural nocturna, potencia de refrigeración
-24-23-22-21-20-19-18-17-16-15-14-13-12-11-10
-9-8-7-6-5-4-3-2-101234
Po
ten
cia
de
re
frig
era
ció
n (
W/m
2)
Hora
Potencia de refrigeración con ventilación natural, Caso Base, Planta 04: Ventilación 1,1/h vs. 3,1/h
Vent. natural= 1,1/h(W/m2)
Vent. natural= 3,1/h(W/m2)
Vent. mec. +Vent. Nat.(1,1/h) +Infiltr.(renov/h)
Vent. mec. +Vent. Nat.(3,1/h) +Infiltr.(renov/h)
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4 RESULTADOS & ANÁLISIS
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ANÁLISIS: Efecto de la protección solar
• Se contrasta el efecto de la inercia con el efecto de la protección solar
• Se presenta un escenario donde no se cierran las persianas exteriores en todas las
ventanas de las plantas 03 & 04.
• Se comparan las temperaturas operativas en la Planta 04 con y sin protección solar en
las plantas 03 & 04
Jornada PEP: Inercia térmica – inercia pasiva, Febrero 2013
4 RESULTADOS & ANÁLISIS
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RESULTADOS: Efecto de la protección solar sobre temperaturas
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T o (º
C)
Hora
Temperatura operativas Caso Base, Planta 04: Con protección solar vs. sin protección solar P 03-04
To con prot.solar (°C)
To sin prot.solar P 03-04(°C)
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4 RESULTADOS & ANÁLISIS
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ANÁLISIS: Efecto de fachadas y cubierta ventiladas
• Se contrasta el efecto de la inercia con el efecto de las fachadas y cubierta ventilada
• Se comparan las temperaturas operativas en la Planta 04 con y sin fachadas y cubierta
ventiladas en las plantas 03 & 04
Jornada PEP: Inercia térmica – inercia pasiva, Febrero 2013
4 RESULTADOS & ANÁLISIS
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RESULTADOS: Efecto de fachadas y cubierta ventiladas sobre temperaturas
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29
30
31
32
T o (º
C)
Hora
Temperatura operativas Caso Base, Planta 04: Con fachadas y cubierta ventiladas vs. fachadas y cubierta no ventiladas P 03-04
To confachadas &cubierta vent.(°C)
To sinfachadas &cubierta vent.(°C)
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5 CONCLUSIONES
39
CONCLUSIONES
• El efecto de la inercia sobre la reducción de temperaturas en el edificio de referencia es
pequeña (< 1K dif. To max. entre ligero y pesado). Si se aumenta la inercia térmica en
solo una parte de un edificio pasivo en un clima cálido- como estrategia de diseño única-
su efecto será limitado.
• Sin embargo, los resultados indican que la inercia juega un papel en la reducción de
temperaturas operativas en edificios pasivos.
• Para tener un mayor impacto, la inercia se tiene que integrar en una estrategia de diseño
integral, en combinación – por ejemplo- con la ventilación, la protección solar y las
fachadas y cubiertas ventiladas.
• Para el edificio en cuestión y el clima local, la protección solar, la ventilación nocturna y
las fachadas y cubiertas ventiladas, juegan un papel de igual o mayor importancia que la
inercia en la reducción de las temperaturas (> 1K dif. To max. entre los casos estudiados).
• Los resultados indican que la capacidad térmica del aislante es despreciable, para este
edificio y clima; sin embargo, se puede evaluar otros criterios a la hora de elegir un tipo
de aislante o otro (menor energía embebida-primaria no renovable, menor potencial de
calentamiento global & acidificación etc.)
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5 CONCLUSIONES
40
CONCLUSIONES
“La simple combinación de los componentes apropiados no es suficiente para construir un
edificio como casa pasiva – la integración total es de mayor importancia que la suma de las
partes individuales.”
Feist et al
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41
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Mis agradecimientos a Davide Reggiani por su colaboración
Enlaces de interés
• www.progetic.com
• www.energiehaus.es
• www.eliavaque.com
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