EVALUACIN DE LA DEMANDA ENERGTICA REAL DE UN

EVALUACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA REAL DE UN GRUPO DE VIVIENDAS Alumno: Israel Pérez Clemente Profesor: Juan Soto Camino

INDICE 1. Determinación experimental de la conductividad térmica de distintos materiales utilizados en la construcción 2. Equipo portátil para la medida de conductividades térmicas 3. Determinación “in situ” del aprovechamiento de energía en viviendas 4. Programa para cálculos para evaluar la eficiencia energética 5. Conclusiones

Caracterización térmica de materiales. Ladrillo Caravista Macizo LCVMACIZO Ladrillo Caravista Perforado LCV PERF Ladrillo Cerámico Panal PANAL CERAM Ladrillo Panal de hormigón PANAL H. Ladrillo Termoarcilla T-A (14 cm) ( El total de materiales caracterizados es alrededor de 20 )

Caracterización experimental en el transitorio de la transferencia de calor. Para realizar la determinación experimental de la conductividad térmica de los materiales y elementos utilizados en la edificación, se ha construido siguiendo la normativa UNE, un equipo preparado para realizar la medida sobre elementos de pequeño o gran formato. El método utilizado ha sido el que se denomina de la PLACA CALIENTE GUARDADA, (EN 12939 y 12667, ISO 8990) que es útil para la medida de la conductividad térmica de materiales secos y húmedos para la construcción de alta y media resistencia térmica. Placa Caliente Placas Frías

EQUIPO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DE LOS MATERIALES. Criostato VATIMETRO(consumo )

METODOLOGIA DE TRABAJO: Método de Lacarriere La caracterización para un ladrillo en el transitorio es un planteamiento similar al realizado por Lacarriere. Los termopares que controlan la placa caliente están en contacto con el ladrillo. El ladrillo se calienta hasta 30ºC y cuando ha llegado al estacionario entonces las placas frías se bajan bruscamente a 20ºC (línea negra en la Figura) mientras que la placa caliente se mantiene en el valor inicial de 30ºC (línea de cuadrados en la Figura.

METODO DE LACARRIERE El método de Lacarriere es un método dinámico para la determinación de la conductividad térmica de los materiales que presenta algunas ventajas con respecto a los métodos clásicos CONSUMO (W) 25 ESTACIONARIO 2 -----------------------Del transitorio se deduce parámetros relacionados con la inercia térmica del material 20 15 TRANSITORIO CONSUMO 10 CONSUMO 5 -----------------------RESIDUAL ESTACIONARIO 1 0 2000 4000 6000 0 TIEMPO (s) De la diferencia de consumo entre el estado estacionario 1 y 2 se calcula la conductividad térmica del material

Curva experimental Temperatura / tiempo t. B Estos resultados han sido publicados en: Título: A new model based on experimental results for thermal characterization of bricks Autores: Jose-Luis Vivancos, Juan Soto, Israel Perez, Jose V. Ros-Lis, Ramón Martinez-Mañez Revista: : Building an Environment (editorial ELSEVIER) Aceptada: 29 julio de 2008

Inercia térmica y t. B

Equipo para la determinación de la perdida energética de los edificios. p El equipo que hemos diseñado en la forma descrita por la NORMA UNE para la determinación de conductividades térmicas no puede ser práctico para la medida de las pérdidas energéticas de las edificaciones. p Por tanto hemos desarrollado un nuevo equipo portátil para tratar de obtener información directa de la conductividad térmica de muros o cerramientos por medida “in situ” del consumo de energía.

EQUIPO PORTATIL Esquema del equipo portátil de medida de consumo de energía disipada por cerramientos Lectura de un suelo Lectura de un muro

Determinación de la conductividad térmica l in situ: Fugas de calor W 2 W 1 Wtot S T 0 T 1 Fuga de calor W 2 l Foco de calor Si suponemos que la energía que atraviesa el muro es igual a la Wtot entonces cometemos un ERROR por EXCESO, que puede evaluarse por medidas de la temperatura T 2 en las proximidades del contorno del aparato de medida.

Determinación de la conductividad térmica l in situ en Cerramientos complejos: Fuga de calor W 2 Fuga de calor W 3 Wtot=W 1+W 2+W 3 S W 1 l En este caso se pueden cometer errores importantes en la evaluación de la conductividad térmica del muro si se considera como superficie total de fuga o intercambio de calor la superficie S, ya que existen pérdidas que pueden ser importantes por convección en la cámara de aire.

EVALUACION DE LA EFICIENCIA ENERGETICA REAL DE UNA VIVIENDA. p El equipo que hemos diseñado en la forma descrita por la NORMA UNE para la determinación de conductividades térmicas no puede ser práctico para la medida de las pérdidas energéticas de las edificaciones. p El equipo portátil solo sirve para el estudio de cerramientos de una hoja p Por tanto es necesario realizar una medida del consumo real de energía de la edificación para evaluar su eficiencia energética.

Determinación de la resistencia térmica in situ : T 3 l 5 Text l 6 l 1 termostato Ventana Tint l 7 l 2 l 1 Tcont Puerta Foco caliente Control de consumo l 4 T 4 La pérdida de calor a través de los tabiques con las habitaciones contiguas, techo y suelo son relativamente fáciles de determinar, la diferencia entre la energía consumida en la prueba y la teórica para los elementos anteriores, nos permitirá establecer las fugas a través del muro exterior y asociarle una Conductividad Térmica determinada.

METODOLOGÍA DE ESTUDIO 1. Control de consumo eléctrico mediante contador homologado 2. Generacion de calor mediante termoventiladores controlados con termostato para homogeneizar la temperatura en la vivienda (normalmente 25ºC) 3. Medicion continua de la temperatura en cada espacio de la vivienda mediante termómetros digitales 4. Medicion continua de la temperatura en exterior y en todos los recintos colindantes de la vivienda controlada. 5. El estudio se ha realizado en un total de 12 viviendas ubicadas en Paterna, Tabernes y Massalfassar durante los inviernos de 2006 y 2007 6. Todas las mediciones han sido comprobadas con las lecturas obtenidas en el Centro Meteorológico de la zona.

UBICACIÓN VIVIENDAS EN PATERNA

EDIFICIO PATERNA Vivienda 6 -A El edificio está situado en la población de Paterna, se han construido 44 viviendas, y todas ellas con superficies inferiores a los 70 m 2 útiles. Debido a la desocupación del edificio se pudo conseguir una medida muy exacta del consumo energético de la vivienda. Del edificio de 4 plantas se analizaron algunas de las viviendas, cuya situación se encuentran resaltadas en la figura

Se puso en marcha la experiencia durante al menos una semana para cada una de las viviendas estudiadas durante diciembre. Los resultados obtenidos fueron consumo de potencia, y temperaturas interiores y exteriores, con respecto al tiempo. Los valores obtenidos en uno de los apartamentos descritos anteriormente, quedan reflejados en la tabla : Tabla 1 Valores de consumo y temperatura obtenidos en el edificio estudiado vivienda 4. La sistemática seguida para la toma de medidas se ha descrito en el apartado anterior. La tabla refleja solamente los datos más representativos, ya que se tomaron datos durante todos los días indicados, en las distintas estancias de los apartamentos colindantes a izquierda, derecha, arriba y debajo del estudiado. Para cada una de las distintas estancias de este también se determinó la temperatura. El valor presente en la memoria es el de la temperatura promedio del apartamento.

El consumo de energía a lo largo del tiempo, se puede evaluar en función de la gráfica Energía Consumida (KW hora)/tiempo que se muestra a continuación: La representación gráfica es una recta de ordenada en el origen cero y pendiente 5, 944 KWhora. El coeficiente de correlación es muy bueno (0. 9999) lo que nos indica que la potencia consumida a lo largo de toda la experiencia ha sido prácticamente constante e igual a unos 5950 vatios. Grafico Valores de consumo obtenidos en el edificio para la vivienda 4.

Para el cálculo del consumo energético por metro cuadrado de vivienda se utiliza la siguiente expresión: Donde ΔT es la diferencia media de temperaturas, S es la superficie de la vivienda, t es el tiempo trascurrido entre mediciones, y Q es el calor generado por el equipo de calefacción. Supondremos que Q es igual al producto de la potencia consumida por el tiempo. Teniendo en cuenta esto, y a partir de los datos de la tabla 1, presentamos la tabla 2. El valor de ha sido calculado para una superficie de 60. 3 m 2. Tabla 2. Valores de consumo y temperatura obtenidos en la vivienda 4.

En la figura se muestra el consumo energético por metro cuadrado de la vivienda 6 -A (W/ m 2 K) en función del tiempo. Se observa una rápida disminución del consumo en los primeros días (de 11 hasta unos 6 W/m 2ºK), causada por los requerimientos energéticos para calentar la estructura de la edificación, una vez se ha calentado el sistema, la pérdida es prácticamente constante y está asociada a las pérdidas de calor del edificio. Figura. Consumo energético por metro cuadrado de vivienda en función del tiempo. Figura. Logaritmo del consumo energético por metro cuadrado de vivienda en función de la inversa del tiempo.

Programa elaborado para el calculo de eficiencia energética - En base a la información que hemos obtenido por la medida experimental de consumo de energía en las distintas edificaciones estudiadas. - Aplicando las leyes generales de los distintos mecanismos de conducción del calor (Fourier, Wien, etc. ), hemos creado un programa simple que permite estimar los consumos de energía en estado de equilibrio térmico

Hoja principal del programa desarrollado Las celdas en blanco son valores a introducir y las coloreadas son cálculos realizados automáticamente

Hoja de cálculos de resistencias y perfil térmico de cerramientos

Evolución de la temperatura a lo largo del tiempo con la potencia de calefacción escogida y donde se observa los valores experimentales obtenidos en una de las viviendas ensayadas

La temperatura más adecuada como base de cálculo debe estar comprendida en el intervalo de los 20 a 22ºC para el invierno, y una temperatura próxima de 25ºC para el verano (temperatura de confort). En ese caso los requisitos energéticos para el acondicionamiento son netamente superiores. El programa de cálculo que acompaña a esta memoria permite estimar de forma aproximada este valor. La curva presentada en la figura presenta el valor teórico y experimental de la temperatura en el apartamento 6 -A a lo largo del periodo de experimentación. Los modelos teóricos utilizados son lo suficientemente aceptables como para poderlos utilizar en cálculos de estimación del consumo de energía de la vivienda.

En la figura se muestran los resultados obtenidos para todas las viviendas analizadas. Hemos comprobado que la diferencia de consumo entre unos apartamentos y otros se debe fundamentalmente a las perdidas de calor que se producen a traves de los ventanales y sus superficies relativas Figura. Consumo energético por metro cuadrado de las distintas viviendas.

Conclusiones • Se ha estudiado el comportamiento térmico de distintas viviendas edificadas en la provincia de Valencia e interpretado los resultados obtenido. • Los estudios del comportamiento térmico de distintos materiales y de edificaciones se han realizado tanto en estado transitorio como en estado de equilibrio estacionario. • Se ha comprobado que para las experiencias en estado transitorio, la representación del Ln φ (W/m 2 K) respecto a la inversa del tiempo (1/hr) permite obtener el correspondiente valor en el estacionario por la intersección con el eje de tiempo. • Se ha caracterizado una serie de diferentes materiales utilizados para la edificación, y publicado los resultados obtenidos en revista especializada y dado a conocer en distintos congresos nacionales e internacionales. • Se ha desarrollado un modelo simple para la evaluación del intercambio de energía entre una edificación y sus alrededores, que ha sido utilizado para la estimación de la eficiencia energética de los diferentes tipos de cerramientos utilizados en las viviendas estudiadas.

• Este modelo de trabajo nos ha llevado a las siguientes conclusiones particulares: - Se ha comprobado que las pérdidas a través de ventanal pueden ser relevantes, comparándose viviendas con sistemas oscilobatientes con sistemas de ventanas correderas. Obteniéndose los correspondientes valores de los coeficientes de transmisión térmica (U) del acristalamiento. - Al estudiar la perdida energética del cerramiento de las viviendas de Massalfasar, Paterna y Tabernes, (después de desestimar las pérdidas por el acristalamiento), se obtuvo que las diferencias eran mínimas. Aun así existe casos que no se encuentran dentro del rango. - Se comprobó que las pérdidas por viviendas colindantes podrían ser relevantes. La causa de esto es la escasa resistencia térmica que opone el muro medianero al paso del calor (yeso/ladrillo panal de hormigón/yeso, que aunque acústicamente sea adecuado, térmicamente es un buen sistema conductor del calor). Puede comprobarse que el aislamiento mejoraría sensiblemente sustituyendo el muro simple por ejemplo por un muro doble de ladrillo hueco del 7 con una pequeña cámara de aire (de 1 o 2 cm). El programa entregado permite analizar fácilmente estas sugerencias. - Hemos comprobado que diferentes ordenes de composición en los cerramientos modifica la inercia térmica de los mismos.

PUBLICACIONES Congreso : CLIMA 2007 Wellbeing Indoors Edición: CLIMA 2007 Wellbeing Indoors Titulo: Experimental unsteady characterization of termal building performance I. S. B. N. : 978 -952 -99898 -2 Fecha 10/06/2007 Lugar: Helsinki Finland Editorial: FINVAC pag 153 Tipo de participacion: Poster Congreso : Internacional Congress on project Engineering Edición: XI Internacional Congress on project Engineering Titulo: Caracterizacion experimental del comportamiento termico de viviendas I. S. B. N. : 978 -84 -690 -81334 Fecha 01/09/2007 Lugar: Lugo España Editorial: AEIPRO pag 338 -347 Tipo de participacion: Articulo Congreso : Internacional Congress on project Engineering Edición: XI Internacional Congress on project Engineering Titulo: Determinacion experimental de la conductvidad térmica de materiales de la construccion I. S. B. N. : 978 -84 -690 -81334 Fecha 01/09/2007 Lugar: Lugo España Editorial: AEIPRO pag 348 -354 Tipo de participacion: Articulo Título: A new model based on experimental results for thermal characterization of bricks Autores: Jose-Luis Vivancos, Juan Soto, Israel Perez, Jose V. Ros-Lis, Ramón Martinez-Mañez Revista: Building an Environment Aceptada: 29 julio de 2008