confort climatico-stefan kramer

7/25/2019 Confort Climatico-stefan Kramer

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Corporacin de Desarrollo Tecnolgico

Corporacin de DesarrolloTecnolgico

Dcima tercera conferenciatecnolgica

Stefan Kramer

www.cdt.cl

28 septiembre 2005

Confort climtico

1 de 38 pgs.


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El confort y la construccinde edificios segn criterios

de eficiencia energtica y

reduccin de costos, una

oportunidad para el

mercado chileno

Dipl.-Ing. Stefan Krmer

Dipl.-Ing. Rolf Sielfeld

Contenido de la conferencia

! Clima, Medioambiente y potencial de ahorro energtico

! Planificacin integral

! El edificio, un sistema termodinmico

! La simulacin dinmica


3/38

Integral Ingenieure

Nuestra asesora a mandantes, arquitectos e ingenieros se centra en:

! Salvaguardarcondicionesptimas de confort para todoel ao

!Minimizar la inversiny loscostosoperacionales

! Reducir al mximola demandaenergtica

Empresa dedicada a:

! Planificacinintegral de edificios

! Realizaciny planificacinde seminarios formativos a mandantes, arquitectos,ingenieros, conserjes, etc.

!Asesoraenergticaa comunas, de acuerdoal European Energy Award

A part ir del ao 2006 tam bin en Ch ile

Clima, medioambientey potencial deahorro

energtico en edificios


4/38

Emisiones de CO2 y el protocolo de Kyoto

Fuente: Comisin Enquete, Unin Europea

Pronsticodemanda

energtica

Reduccinestabilizacin

climtica

En el ao 2040 las emisiones de CO2 deben ser reducidas a la mitad

Emisiones de CO2

Clima, Medioambiente y potencial de ahorro Planif icacin integral El edif icio sist .termodinmico Simulacin dinmica

Balance de energa en Alemania

Otro uso

Centros de tr ansformacin

Energaprimaria100%

Energaterminal 72%

Energaaprovechada33%

Prdidas

Fraccin c/r aenerga

aprovechable

Calorhabitaciones

Calor deproceso

Transporte

Otros, luz ymquinaria

Fuente: Comisin Enquete, Unin Europea

Prdidas



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Potencial de ahorro de energa primaria en Chile

Consumo energtico primario por sector, ao 2003

Transporte27%

Industriayminera29%

Centrosdetransformacin

23%

Comercial, pblicoy residencial

21%

Fuente: Comisin nacionalde energa


50.000

51.000

52.000

53.000

54.000

55.000

56.000

57.000

1999 2000 2001 2002 2003

Teracaloras

Consumo energtico primario sector comercial, pblicoy residencial

Fuente: Comisin nacionalde energa



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Marco regulatorio en Chile y en Alemania

EnEV (Energieeinsparverodnung)! Indicadores: Demandade energaprimaria

! Incorpora aspectosde la construccin y de la

tecnologa de climatizacin diseada

! Infiltraciones en el edificio (blower door)

! Se consideran lospuentes trmicos

! Facilidad para la incorporacinde las energas

renovables

! Desarrollo de unprocesode clculo simple

! Energiepass y credencial de demanda

energtica

Certificacin de comportamientotrmico para edif icios

! Va prescripciones

! Valores lmites de cubierta,

muros, ventanas y pisos

! Va prestaciones

!Comparacin demanda edificio

propuesto con edificio referencia


Certifi cacin comportamiento trmico de edificios en Chile

Requerimientos

bsicos

Va

prescripciones

Va

prestaciones

Demanda edifici o

propuesto (DEP)

Demanda edifici o

referencia (DER)

Valores lmi tes de

cubierta, muros,

ventanas y pisos

NO

Modificar

diseo

NO

Cumple requisito

bsicos de ahorro

de energa

DEP


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Programas de fomento al ahorro energtico y medioambientales en

Chile

! Programa de Electrificacin Rural (PER)

! Programa Chile Pas de Eficiciencia Energtica

! Fondos Corfo Consultoras especializadas (transferencia tecnolgica)

! Crditos Corfo Inversin Medioambiente del KfW


A n ivel federal

!Crditosdel KfWen lossiguientes

programas:

! Contracting de sistemas

! Construir ecolgicamente

!Modernizacinde residencias

! CO2Saneamientode edificios

!Generarelectricidadfotovoltaica

!Vor Ort-Beratung (Asesora in Situ)

En el estado de Nordrhein Westfalen (NRW)

! REN Programm(desarrollo, proy. mostrativos,

contracting)

! Contruccionesnuevasdel futuro La casa pasiva,

Aldeas solares, Construcciones solares

! Programamarcocomunal(European Energy Award)

!Aprovechamientodel calor (Fernwrmenutzung)

! Conceptos de energaporsectoresproductivos

(Branchenenergiekonzepten)

! EnergiePass

!GebudeCheck Energie

Programas de fomento al ahorro energtico y reduccin de emisiones

de gases efecto invernadero en Alemania

Clima, Medioambiente y potencial de ahorro Plan i ficac in integra l El edi f ic io s ist .termodinmico Simulac in d inmica


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Proceso de estandarizacin trmica en Alemania

Fraccin de edificios en [%]

Deman

dadeca

lefacc

in

[kWh/m

2a]

Estado original

Optimizacin econmica en funcin de la aislacin

EnEV desde

2004

Fuente: Wuppertal Institut fr Klima,Umwelt und Energie


Estndares de edificacin energtica y sus costos

D

emandaanualdecalefaccin[kWh/m2a]

1,5

1,0

0,5Costosasociadosalahorro[/kWh]

Casa debajo

consumo

Casapasiva

Casaautnoma

Fuente: Wuppertal Institut fr Klima,Umwelt und Energie

200

150

100

50

0 0WSchVO

1995WSchVO

1995WSchVO

1995



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Planificacin Integral

Aprender de los errores

0

250

500

750

1000

1250

Clculo demanda(ingeniero)

Clculo compaainformtica

Potencia i nsta lada Demanda real(medida)

Potencia[kW]

Inversin innecesaria: 20 millones de libras britnicas

Clima, Medioambiente y potencial de ahorro Planificacin integral El edif icio sist .termodinmico Simulacindinmica


10/38

0

5000

10000

15000

20000

25000

Inversin Costos

operacionales

Consumo

elctrico

Costo total

/a

Ventilacin convencional Ventilacin optimizada

Costos totales de un sis tema de ventilacin

Una minimizacin de la inversin puede resultar en una economa falsa

Clima, Medioambiente y potencial de ahorro Planificacin integral El edif icio sist .termodinmico Simulacin dinmica

! Optimizacin del edificio desde la etapa de anteproyecto, a travs del uso de la

simulacin trmica

Objetivos de la planificacin integral

! Inducir una sinergia entre los distintos actores en la planificacin

! Reduccin tiempo planificacin

! Minimizacin riesgo en la planificacin

Planificacin integral Proyectos en A lemania Oportunidades en Chile


11/38

PLANIFICACININTEGRAL

USUARIO

ARQUITECTOMANDANTE

OPERADOR

INGENIERA DECLIMATIZACIN

INGENIERACIVIL

Esquema de trabajo planificacin integral


Fases del proyecto y potencial de ahorro

Prediseo

BajoAlto

Potencialdeahorro

Gradodea

vancedelproyecto

Diseo Planos de trabajo Ejecucin de obra

Fases del proyecto

Control de las medidas de

ahorro

Aplicacin estrategias

Consenso ingeniera de detalle

Objetivos

Uso espacio

Clima interior

Concepto energtico

Planificacin uso espacio

Eleccin estrategia de ahorro

energtico

Recapacitar objetivos



12/38

Reduccin de riesgo gracias a una planifi cacin integral

Costos

TiempoFase de diseo yconstruccin

Fase de operacin y uso

Costos acumulados con Planificacin Integral

Costos acumulados sin Planificacin Integral

Inversin en Planificacin Integral

Ahorro gracias a una Planificacin Integral


El edificio, un sistema termodinmico


13/38

Clima, Medioambiente y potencial de ahorro Planificacin integral El edificio sist.termodinmico Simulacin dinmica

La casa el edificio

Conduccin

Conveccin

Radiacin onda corta

Radiacin onda larga

Calor latente

y su intercambio de energa

Viento



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Causantes de un confort insuf iciente

Ruido11,2%

Temperatura

39%

Luz

15,8%

Calidad del

aire24,3%

Humo decigarrillos

10,0%


El confort y la actividad humanaSensacin trmica [C]

Eficiencia%(concentracin,desempeo)

Nchste Folie

Con

fort



15/38

La sensacin trmica segn norma DIN

Temperatura sensible [C]

Temperatura ambiente [C] zurck

C

onfort

Humedad recomendada

Humedad rel. interior [%]

Temperatura int. [C]

Inconfortable hmedo

Inconfortable seco

Confortable

Semi-confortable

zurck

Con

fort


16/38

Temperaturaambiente

U

U

U

Temperaturapared

Temperatura interna:+20[C]

Temperatura ambiente

Temperatura de pared y del aire

Efecto sobre el confort

C

onfort

zurck

Zona de confort

Velocidaddelaire

Temperatura del aire

Movimiento del aire

zurck

Con

fort


17/38

C

onfort

Cunto aire fresco necesita el ser humano?

Ventilacin m/h por personaMnimo para:

! Remocin de gases txicos,

fumador extremo


fumador moderado

! Remocin de vapores

! Recambio de CO2

! Abastecimiento de O2



fumador extremo


fumador moderado


! Recambio de CO2




fumador extremo


fumador moderado


! Recambio de CO2



Cargas internas

Konvektion

Strahlung

Verdunstung

Gesamtwrmeabgabe einer Person

140

120

100

80

60

40

20

0

14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

Carga de calor de una persona

Evaporacin (calor latente)

Radiacin

Conveccin

Temperatura del aire [C]

Transferecniadecalor[W]



18/38

Cargas internas Caso ofic ina 20m, 2 personas, c/u 1 Computador

500 Lux

24,2 W/m

9,1 W/m

8,8 W/m

6,3 W/m

70%

15,4 W/m31,1 W/m34,5 W/mTotal

9,1 W/m11,7 W/m13,0 W/m2 x 130WEquipos

-11,3 W/m12,5 W/m

2,5 W

cada100

Lux

cadam

Iluminacin

6,3 W/m8,1W/m9,0 W/m2 x 90 WPersonas

70%

sin

iluminacin

90%100%Simultaneidad


Clima (grados-da Santiago: ~1500 Mayo-Sept. z=150das; Dsseldorf: ~3300 Sept.-Mayo z=273das, Tref=20C)

Clima

Clima de Santiago y Berln

0

1

2

3

4

5

6

7

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

Radiacinsolarhorizontal[kWh/m2d]

-5

0

5

10

15

20

25

Tambiental[C]

IG Santiago [kWh/m2d] IG Ber lin [kWh/m2d]

Tamb Santiago [C] Tamb Berlin [C]



19/38

Radiacin solar sobre superficies verticales en edificios

Clima

Invierno

N

Invierno

NN

Verano

N

Verano

NN

Primavera/OtooN

Primavera/OtooNN

Verano

Otoo/

Primavera

Invierno

S

N


Aprovechamiento solar en invierno y proteccin en el verano

Clima

21. Junio

21. Diciembre

21.Marzo/Septiembre

Clima, Medioambiente y potencial de ahorro Planificacin integral El edificio sist.termodinmico Simulacindinmica


20/38

Emplazamiento de un conjunto habitacional

Clima


Prdidas por transmisin calor de un edificio

Fsica

delacons

trucci

n

Techo: 15%

Muro: 15%

Stano: 7%

Ventanas: 31%

! Marco y vidrio: 19%! Fugas : 12%

Calefaccin: 7%



21/38

Valores U muro exterior en funcin del espesor aislacin

Fsica

delacons

trucci

n

Construccin: ! Enlucido interior! Muro! Aislacin! Enlucido exterior

2 cm

24 cm040 W/mK2 cm

Construccin: ! Enlucido interior! Muro! Aislacin! Enlucido exterior

2 cm

24 cm040 W/mK2 cm


Elementos masivos y su capacidad de almacenamiento energtico

Fsica

dela

cons

trucci

n

Aislacin

Proteccin solar

Ventana norte

Masa dealmacenamientode calor



22/38

Elementos masivos y su capacidad de almacenamiento energtico

Fsica

delacons

trucci

n

Sensacin trmica [C]

Hora del da

Ofici

naeste,

const.l

igera

Oficin

aeste

,const

.masi

va

Tempe

ratu

raambi

ental


Puentes trmicos

Fsica

dela

cons

trucci

n

Lozas balcn

Loza sin aislacin

Loza aislada

Temperatura [C]

Montaje ventana

Loza sin aislacin

Loza aislada

Sinaislacin

Aislacin sinempalme

Aislacin conempalme

Ventana ensector aislado



23/38

Tipos de vidriado

Fsica

delacons

trucci

n

U


Transmisin de calor

Fsica

dela

cons

trucci

n

AcristalamientoaisladoPrdidas por periodo de calefaccin

250 kWh/m=25 l comb./m

Acristalamientode proteccin trmica(gas argn)Prdidas por periodo de calefaccin

110 kWh/m=11 l comb./m

U = 3,0 W/mK U = 1,3 W/mK

Factor de transmisin

de luz= 81%

Factor-g = 77%

Temperatura de

pared = 8C

Temp. Interior = 20C

Temp.

exterior

= -10C

Factor de transmisin

de luz= 76%

Factor-g = 62%

Temperatura de

pared = 15C

Temp. Interior = 20C

Temp.

exterior

= -10C



24/38

Proteccin solar tecnologas de sombramiento

Fsicade

lacons

trucci

nElementosmovibles

Elementos

fijos

Invierno Verano

Direccionamientoluz solar

Reflexin luz

de da

Persianas

exteriorese interiores

Toldo Celosas


Ventilacin por medio de abertura ventanas

Tecno

log

as

decl

imat

izac

in

> 40,0Ventana opuesta abierta

9,0 15,0Ventana abierta entera

5,0 10,0Ventana media abierta

0,8 4,0Ventana inclinada

0,1 - 0,3Puertas y ventanas

cerradas

Recambio de aire po r

horaGrado de abertura



25/38

Ventilacin forzada Principio de funcionamiento

Tec

nologas

decl

imat

izac

in


Ventilacin forzada Tipos de ventilacin

Tecno

logas

decl

imat

izac

in

Ventilacin extractivasin recuperacin de

calor

Ventilacin conrecuperacin de calor



26/38

Calefaccin Generacin de calor

Tec

nologas

decl

imat

izac

in

Calderas de baja temperaturaCalderas de condensacin


Calefaccin Cuerpos calefactores

Tecno

logas

decl

imat

izac

in

Convectores

Placas Radiador

Losa radiante

Conveccin Radiacin

!Alto grado de radiacin

! Bajo contenido de agua

!Alto grado de conveccin

!Alto contenido de agua

! Conveccin mxima

! Bajo contenido de agua!Alto grado de radiacin

!Alta masividadde

acumulacin energtica



27/38

Calentamiento de agua - Sistemas solare trmicos

Tec

nologas

decl

imat

izac

in


Refrigeracin

Tecno

logas

decl

imat

izac

in



28/38

Intercambiadores subterrneos Sondas geotrmicas

Tec

nologas

decl

imat

izac

in


Mallas capilares y hormign de ncleo activado

Tecno

logas

decl

imat

izac

in



29/38

Simulacin dinmica

Decisin

La simulacin trmica de edifici os como herramienta para laplanificacin Input Geometra del edificio HVAC Usuario

Clima

Modelacin - simulacin

Output Clima interior Recambio de aire entre zonas Consumo en

calefaccin/refrigeracin Demanda energtica

Flexibilidad en el diseo:

Materiales (madera, ladrillos, )

Construccin (aislacin, )

Conceptos de calefaccin /refrigeracin

Elementos de sombra (interior,exterior, persianas, celosas)

Condiciones internas (rgimen deuso, computadores, )

Operacin (ventilador, luz, )

Eficiencia mecnica

Orientacin del edificio

Diseo arquitectnico (techo vidriado,fachada de dobel vidriado, )

Emplazamiento (Santiago, Aachen,..)Simulac

in



30/38

Edificio de ofi cinas en Aachen, un ejemplo de planificacin integral

Sim

ulac

in


Planos del arquitecto (Hahn Helten Architekten, Aachen)

Simulac

in



31/38

Sim

ulac

in

""""####$$$$%%%%&&&&''''(((())))****++++,,,,----""""####$$$$%%%%

Confeccin modelo 3D (escala 1:1)

- Asignarconstruccionesy materiales

- Clculoefectode sombras

- ModelacinCAD


Asignacin elementos de construccin

Simulac

in



32/38

Sim

ulac

in

Concepto de calefaccin y refrigeracin

Sondas geotrmicas

Hormign de

ncleo activado

Bomba de calor

Estanque acumulador


Resultados Sensacin trmica

Temperatura ambiente [C]

Temperaturasensible[C]

Existe sobrecalentamiento. Decisin: analizar ventilacin nocturna, efecto de

persianas, vidriado de proteccin solar, sistema de refrigeracin

Simulac

in



33/38

Ventilacin nocturna

Sensacin termica [C]

Time

No hay un mejoramiento considerable producto del enframiento nocturno de la masaSim

ulac

in


Optimizacin de los elementos de construccin

! Vidriado simpl e, doble (termopanel) o tripl e. Marcos de aluminio, acero, madera,

plstico. Vidrios de proteccin trmica o s olar.

! Persianas exteriores o interiores. Celosas.

!Aislacin y mater iales al ternat ivos .

Simulac

in



34/38

Optimizacin demanda energtica

100% 100%100%100%

84%

72%68%

54%53%

40% 43%

22%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Ahorrorelativo

Variante C

Variante BVariante ASim

ulac

in


Salvaguardia del clima i nterior

304

1470

100

200

300

400

500

C

antidadd

e

h

o

ras

>24C >25C >26C >27C >28C >29C >30C

Sensacin trmica

Temperatura aire

Rango temperaturas

Simulac

in



35/38

Sim

ulac

in

Salvaguardia del clima i nterior

147

10021

00

100

200

300

400

500

Cantidad

dehoras

>24 >25 >26 >27 >28 >29 >30

Persiana exterior

Vidriado de proteccin solar

Refrigeracin en losa

Referencia

Rango temperatura

Oficinanorte


Balance de energaConsumo energa primaria:

Electricidad: 45 kWh/m

Calefaccin: 40 kWh/m

Refrigeracin: 10 kWh/m

Total: 95 kWh/m

Electricidad [kWh/ma]Calefaccin [kWh/ma]

Refrigeracin [kWh/ma]

Total [kWh/ma]

4540

10

95

120190

90

400

Edificio estndar Edificio en Aachen



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Planificacin integral

! Superficie: 2.100 m

! Demanda calefaccin: 40 kWh/ma

! Electricidad: 45 kWh/ma

! Electricidad(refrigeracin): 10 kWh/ma

! Costos totales: 2,7 Mill.

Resultados concretos

Concepto de diseo arquitectnico

! Diseocompacto: A/V=0,37

! Porporcinsuperficie ventanas: ~30%

! Envolvente aislada: 200 mm,k=0,35 W/mK

! Construccinmasivacon altaproporcinde elementosprefabricados

Concepto de diseo tcnico

! Sondasgeotrmicas paracalefacciny refrigeracin

! Bombade calorelctrica

! Hormign de ncleoactivadocomocuerpocalefactor

! Sistema de control

! Control de la iluminacinartificial enfuncindel gradode luminosidadnatural


Eficiencia energtica en la planificacin integral

Sistemade control BUS y operacin

! Control sistemade calefaccin yrefrigeracin

! Control sistemade ventilacin

! Control de la iluminacinaritificial

! Sistemacontra robo(Alarma)

!Management de energa



37/38

Eficiencia energtica en la planificacin integral

Management de energa

! Clculo y evaluacinde indicadoresenergticos

!Control de costos

!Monitoreooperacinde equipos

! Identificaciny evaluacinde medidas deahorro

0

50

100

150

200

250

300

Es t nd ar a nter io r WSchV O 19 84 WSchV O 1 99 6 Ca sa s d e b ajo

consumo

Casa Pasiva

Indicadoresenergticos[kWh/m2a]

Electricidad residencial

Electricidad ventilador

Agua caliente

Calefaccin


Nuestros p royectos Glaskubus,Aachen 140 m,ao 2000, 2 mill.

Spree Karree, Berlin21.000 m, ao 2003

Maritim Hotel, Dsseldorf

72.000 m, ao 2007, 80 mil l.

Finanzamt Aachen,

26.000 m, ao

2005, 35 mill .



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Gracias por su atencin!

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