jueves, 12 de febrero de 2015

4 | ¿CUAL ES LA IMPORTANCIA DE LA SIMULACIÓN ENERGÉTICA EN EL PRE-DISEÑO DE EDIFICIOS?


por: Ángel Pastor Fisac


En los últimos tiempos, la normativa española se ha endurecido sensiblemente en lo referido al ahorro de energía en edificios. La entrada en vigor del Real Decreto 235/2013 de 5 de abril, el renovado CTE-HE0 que obliga a que un edificio no residencial de nueva construcción tenga una eficiencia igual o superior a la clase B para el indicador de consumo energético de energía primaria y las nuevas exigencias del CTE-HE1, donde el porcentaje de reducción de la demanda energética conjunta de calefacción y refrigeración respecto al edificio de referencia, debe ser igual o superior al establecido en la tabla 2.2 que oscila entre el 10 % y el 25% dependiendo de la zona climática y la carga interna del edificio. Esta situación presenta un importante reto para proyectistas y otros agentes del sector de la edificación.

A raíz de todo esto, nos planteamos las siguientes preguntas: ¿cómo se puede llegar a este porcentaje de reducción de la demanda? ¿cómo podemos alcanzar la calificación B en el indicador de energía primaria? Si la respuesta a estas cuestiones la dejamos para el final del proyecto, nos podemos encontrar con un edificio que no cumple ni de lejos con la normativa.

Estas preguntas plantean un problema que va más allá de la simple elección de un tipo y espesor de aislamiento para la envolvente del edificio. De modo, que es muy importante que desde el inicio del diseño haya en el equipo un asesor energético con capacidad para evaluar las necesidades y soluciones energéticas que lleven al edificio a cumplir con las exigencias de eficiencia energética.

Afortunadamente hoy en día contamos con profesionales y herramientas de simulación energética que nos pueden ayudar a tomar las decisiones más adecuadas para cada tipo de edificio, ya que medidas que a priori pueden parecer eficientes, tras un estudio más minucioso nos pueden llevar a conclusiones inesperadas.

A continuación se expone un ejemplo que muestra las ventajas de evaluar la envolvente del edificio durante las primeras fases del diseño.

Se trata de un edificio de oficinas de 15.000 m2 construidos, con un 75% de huecos en fachada situado en Madrid. La simulación energética del modelo del edificio se realiza con el motor de cálculo EnergyPlus V8.1.0.008.

Con el objetivo de simplificar y acotar el ejemplo se caracteriza solo la envolvente del edificio en aquellos parámetros de mayor influencia sobre la demanda energética.

En primer lugar, se evalúa la transmitacia térmica de los cerramientos ciegos. Mediante simulación se calcula la demanda de refrigeración y calefacción variando el espesor del aislamiento de la envolvente del edificio (fachadas, cubierta y suelos) entre  0 y 15 cm, obteniendo los siguientes resultados:


Como es lógico a medida que aumenta el espesor del aislamiento, disminuye la transmitancia térmica del cerramiento y como consecuencia la demanda de calefacción, pero la demanda de refrigeración aumenta. También podemos ver que a partir de un espesor de aislamiento de 2,7 cm, predomina la demanda de refrigeración sobre la de calefacción.

A partir de estos datos, podemos conocer la relación entre el espesor del aislamiento y la reducción de la demanda, mediante la siguiente expresión:


S=100x(1-D/Dmax)

Donde S es la reducción de la demanda en tanto por ciento, D es la demanda energética y Dmax es el valor de la demanda sin aislamiento. En la siguiente imagen, se muestra de manera gráfica esta relación:


Se concluye, que la mayor reducción de la demanda (entorno al 10%) se consigue con los cuatro primeros centímetros de espesor de aislamiento, a partir de entonces sólo se puede conseguir una reducción menor del 2%.

En segundo lugar, se evalúa la transmitancia térmica de los huecos. Mediante simulación se calcula la demanda de refrigeración y calefacción variando el coeficiente de transmitancia térmica (U) de todos los huecos del edificio, obteniendo los siguientes resultados:


Como en el caso anterior, a medida que aumenta el aislamiento, disminuye la transmitancia térmica y como consecuencia la demanda de calefacción, pero la demanda de refrigeración aumenta. Se observa, que a partir de una transmitancia térmica menor de 2,25 W/m2K, predomina la demanda de refrigeración sobre la calefacción.

A diferencia del caso anterior, la tasa de disminución de la demanda de calefacción es mayor que la de refrigeración para todos los valores de U. Si se representa mediante un ajuste por mínimos cuadrados la transmitancia térmica respecto a la demanda total se obtiene lo siguiente:


Se observa que la demanda total de energía y la transmitancia térmica de los vidrios  presentan una fuerte correlación lineal, y por tanto, reducir la transmitancia térmica de los huecos en un 50% implica la disminución de la demanda energética total del edificio tan solo en un 12,5 %.

En tercer lugar, se evalúa el factor solar de los huecos. Siguiendo la metodología de los casos anteriores, se modifica el factor solar de todos los huecos del edificio. De esta manera podemos ver la relación entre la demanda de refrigeración y calefacción con respecto al factor solar, obteniendo los siguientes resultados:


En este caso, a medida que disminuye el factor solar, la demanda de calefacción aumenta, mientras que la demanda de refrigeración disminuye. Se observa, que para un factor solar menor de 0,48 la demanda de calefacción predomina sobre la de refrigeración. Si se representa mediante un ajuste por mínimos cuadrados la demanda energética total respecto al factor solar obtenemos la siguiente gráfica:



Se observa que la demanda total de energía y el factor solar de los vidrios, presentan una fuerte correlación exponencial de segundo orden. Para valores altos del factor solar (entre 0,85 y 0,6) hay una correspondencia lineal de manera que una disminución del 30% de factor solar implica una disminución del 21% de la demanda energética del edificio. Mientras que para valores inferiores del factor solar la demanda se reduce muy poco, por tanto, será preferible usar paramentos de sombra, que seguir disminuyendo el factor solar del propio vidrio.

Tras lo expuesto, frente a una normativa de eficiencia energética cada vez más exigente y unos edificios técnicamente más complejos, vemos que la importancia de la simulación energética en las fases tempranas del diseño de un edificio se fundamenta, en que nos permite evaluar de forma adecuada las decisiones a tomar sobre el aislamiento de la envolvente para reducir la demanda del edificio y que además, nos ayuda a optimizar un diseño que redundará en el coste de construcción y explotación.


1 comentario:

  1. Hola Jose Antonio.
    Muchas gracias por compartir el trabajo.
    Me pregunto si en otra simulación donde el % de huecos fuera inferior, el incremento de consumo de refrigeracion seria siempre creciente con el espesor como en esta simulación.
    En principio al aumentar el aislamiento, las perdidas de refrigeracion deberían ser menores y su consumo debería disminuir. Corrígeme si me equivoco.
    A lo mejor tienes una simulación de un edificio de viviendas, donde el porcentaje de huecos sea inferior, y podrías compartirlo.
    Saludos
    Jaime

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