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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
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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.
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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 ?
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Eficiencia energética del vidrio
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Vidrios dinámicos
Cristal liquido disperso (LCD)
Fotocrómicos
Vidrios dinámicos activosGasocrómicos
Vidrios dinámicos pasivos
Termocrómicos
De particulas en suspensión (SPD)( )
Electrocrómicos
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Vidrios dinámicos activos > vidrios de cristal liquido disperso
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Vidrios dinámicos activos > vidrios de partículas en suspensión
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
iVidrios dinámicos activos > vidrios electrocrómicos
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
iVidrios dinámicos activos > vidrios electrocrómicos
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
iVidrios dinámicos activos > vidrios electrocrómicos
National Renewable Energy Laboratoy (NREL), USA
Century College, USA
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Selección del edificio de referencia
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Banco de Sangre y Tejidos (BST), Barcelona
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Banco de Sangre y Tejidos (BST), Barcelona
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Banco de Sangre y Tejidos (BST), Barcelona
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
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Banco de Sangre y Tejidos (BST), Barcelona
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.
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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)
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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)
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Simulación: programa Ecotect
N
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Simulación: programa Ecotect
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
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Simulación: programa Ecotect
CASO 3
Vidrio doble electrocrómico + glare control
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Simulación: programa DesignBuilder
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Simulación: programa DesignBuilder
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Simulación: programa DesignBuilder
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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)
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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 5 539 8 824Iluminación Electricidad 5,539 8.824
Ventiladores Electricidad 9,910 15.796
Bombas Electricidad 8,964 14.287
Calefacción Gas 7 708 12 285Calefacción Gas 7,708 12.285
Refrigeración Electricidad 14,597 23.260
ACS Gas 4,177 6.658
Heat rejection Electricidad 0,633 1.009Heat rejection Electricidad 0,633 1.009
Total 59,137 94.246
Vidrio doble de baja emisividad con protección solar + persianas automatizadas, BST. Simulación Nº2
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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 5 356 8 536Iluminación Electricidad 5,356 8.536
Ventiladores Electricidad 9,913 15.797
Bombas Electricidad 9,063 14.444
Calefacción Gas 7 427 11 838Calefacción Gas 7,427 11.838
Refrigeración Electricidad 14,794 23.579
ACS Gas 4,177 6.658
Heat rejection Electricidad 0,648 1.124Heat rejection Electricidad 0,648 1.124
Total 58,987 94.103
Vidrio doble electrocromico + glare control, BST. Simulación Nº3
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Energía
0,6
0,7
Gráfica comparativa del consumo mensual de iluminación (2)kWh/m²
0,4
0,5
0,6
Vidrio de baja emisividad+persianas
0 1
0,2
0,3Vidrio de baja emisividad+persianas automatizadas (glare control)
Vidrio electrocromico+ glare control
0
0,1
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Energía
3,00
3,50
Gráfica comparativa del consumo mensual de refrigeración (3) kWh/m²
2,00
2,50
,
Vidrio de baja emisividad+persianas
0,50
1,00
1,50j p
automatizadas (glare control)
Vidrio electrocromico+ glare control
0,00
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Energía
1,8
2
Gráfica comparativa del consumo mensual de ventilación (4)kWh/m²
1
1,2
1,4
1,6
Vidrio de baja emisividad+persianas
0,4
0,6
0,8
1 Vidrio de baja emisividad+persianas automatizadas (glare control)
Vidrio electrocromico+ glare control
0
0,2
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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)
Vidrio electrocromico+ glare control
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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.
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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.
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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.
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
Anexo – Simulación. Segundo caso > Fachada tipo muro cortina
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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
Presentación Planteamiento Antecedentes Metodología Resultados Conclusiones Anexo
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