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SOLUCIONES PRÁCTICAS EN EDIFICIOS DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
Rafael Vázquez Martì
BARCELONA 11 DICIEMBRE 2017
MADRID, XX DE XXXX DE 2017 BARCELONA 11 DICIEMBRE 2017
This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 researchand innovation programme under grant agreement No. 649473. 1.499.873 Euros
PROFessional multi-disciplinary TRAining and
Continuing development in skills for NZEB principles
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El proyecto PROF-TRAC ofrece una solución para lograr un enfoque
multidisciplinar en la formación del sector de Edificios de Consumo Casi Cero
(NZEB). Este enfoque se desarrollará mediante la creación y mantenimiento de
una plataforma de educación para la formación continua de los profesionales
en el sector. PROF-TRAC se dirige específicamente a la necesidad de formar a
arquitectos, ingenieros, gestores de edificios y otros profesionales vinculados
con el sector en las habilidades necesarias para el diseño, la construcción, la
gestión y el uso de edificios de consumo casi cero nuevos o rehabilitados.
Arquitectos, Ingenieros, Promotores, Propietarios y Constructores
MOTIVACIÓN
- Compromiso del equipo completo empezando por el propietario
- Establecer los fines desde el principio
- Integración de las ideas del equipo - Ejecución efectiva durante el proyecto de principio a fin
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
El reto de atenuar el cambio climático y reducir las emisiones de
efecto invernadero, corresponde a una colaboración entre todas
las disciplinas científicas, incluyen las Ciencias Sociales
y las Ciencias Naturales
Sociología dos enfoques:
- Construccinismo social: Planteado como un problema que exigeuna respuesta de los gobiernos
- Realismo crítico: Planteado como un tema de reunir todas laspruebas de las ciencias sociales y científicas, con el fin decomprender porque se producen los problemas mediambientalesy buscar las soluciones
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Es aquel que consuma poca energía y que una parte importante de la poca energía que consuma sea de origen renovable.
Actualmente, la eficiencia energética se mide bien mediante las emisiones de CO2 o bien mediante el consumo de energía primaria no renovable, derivadas en ambos caso del consumo de energía final (electricidad o combustibles).
DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
¿Qué es un edificio nZEB?
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
DIRECTIVA 2010/31/UE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO
de 19 de mayo de 2010
relativa a la eficiencia energética de los edificios (refundición)
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
CTE modificación del 10 de septiembre de 2013
España
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
España
Tres. En la Sección HE 0, Apéndice A Terminología, se introduce la siguiente referencia en el orden alfabético que le corresponda:
«Edificio de consumo de energía casi nulo: Edificio que cumple con las exigencias reglamentarias establecidas para edificios de nueva construcción en las diferentes secciones de este Documento Básico.»
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
EFICIENTE Y SALUDABLE , VENTILACIÓN NO ESTA DEFINIDA
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
RECOMENDACIONES
RECOMENDACIÓN (UE) 2016/1318 DE LA COMISIÓN de 29 de julio de 2016
sobre las directrices para promover los edificios de consumo de energía casi nulo y las mejores prácticas
para garantizar que antes de que finalice 2020 todos los edificios nuevos sean edificios de consumo de energía
casi nulo
Diario Oficial de la Unión Europea
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
Aplicable
Edificios
Administración
Todos los edificios
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
RECOMENDACIONES DEL JRC JOINT RESEARCH CENTRE
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
MEDIDAS SUPEDITADAS A UN COSTE RAZONABLE
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
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Consumo de energía para: Calefacción
RefrigeraciónAgua caliente sanitaria
Iluminación? Otros
usos
DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
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En el cálculo se debe considerar:1. Demanda de energía del edificio2. Consumo de energía primaria total3. Consumo de energía primaria no renovable4. Indicador numérico del consumo de energía primaria no renovable
(compensado).
DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE nZEB
4321
DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
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No tiene en cuentas aspectos de sostenibilidad desde un punto de vista amplio:
• Huella de carbono de materiales constructivos• Emisiones de CO2 de fabricación de componentes y equipos• Sólo centrado en Iluminación, Climatización y Producción de ACS
Aspectos que no considera
DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE nZEB
DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
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1
Primer requisito: Demanda de energía del edificio
Mejora de la
envolvente
Soluciones bioclimáticas
bien concebidas
1
Baja demanda
Cerramientos
Ventanas
Protecciones
solares
Ventilaciones
El primer salto
DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
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2
Equipos eficientes
Equipos eficientes
Tecnología inverter
Control eficiente
Mantenimiento
El segundo salto
Segundo requisito: Consumo de energía primaria total
2
DEFINICIÓN DE EDIFICIO EFICIENTE
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3
Incorporación de
energías renovables
El tercer salto
CONSUMO DE
E. PRIMARIA NO RENOVABLE NO
COMPENSADO
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
BIOMASA
ELECTRICIDAD
RENOVABLE
Tercer requisito: Consumo de energía primaria no renovable
DEFINICIÓN DE EDIFICIO EFICIENTE
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4
Incorporación de
energías renovables
El cuarto salto
CONSUMO DE
E. PRIMARIA NO RENOVABLE
COMPENSADO
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
BIOMASA
ELECTRICIDAD
RENOVABLE
Cuarto requisito: Consumo de energía primaria no renovable compensado
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
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Documento publicado en diciembre de 2016Sin carácter normativo (sí indicador)Propone una serie de indicadoresMetodología EN 15603 (futura EN ISO 52000-1)
Propuesto para las modificaciones del CTE de 2018
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO EFICIENTE
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INDICADOR 1Transmitancia térmica global (K = H´T/A)
El objetivo del indicador de transmitancia térmica global (K = H´T/A) es asegurar la eficiencia de la envolvente térmica en relación a la transmisión de calor, teniendo en cuenta el volumen habitable protegido y su superficie de intercambio térmico con el exterior.
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO EFICIENTE
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INDICADOR 2Control solar (Qsol,jul/Autil)
El indicador de control solar (Qsol,jul/Autil) tiene como objetivo asegurar la capacidad de control efectivo de las ganancias solares, limitando el impacto de la radiación solar en la superficie acondicionada, atendiendo por tanto más a una capacidad cualitativa de ofrecer una prestación que a su cuantificación en términos energéticos.
.
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO EFICIENTE
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INDICADOR 3CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA TOTAL
El objetivo del indicador de consumo de energía primaria total (Cep;tot) es asegurar un equilibrio entre el uso eficiente de energía procedente de fuentes renovables y el uso de estrategias de reducción de la demanda.
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO EFICIENTE
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INDICADOR 4CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA no RENOVABLE
El objetivo de las exigencias de uso de energía procedente de fuentes renovables es promover el uso eficiente de la energía procedente de fuentes renovables.
Complementariamente a la limitación de energía primaria no renovable, fija un uso mínimo de energía procedente de fuentes renovables para algunos usos específicos, como son el ACS, el calentamiento de agua de piscinas cubiertas y el acondicionamiento de espacios abiertos de forma permanente.
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO EFICIENTE
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COMENTARIOS:
Si hay valores límite de Consumo de energía primaria y no primaria, se debe
dejar bien definido el uso:
• Horario en días laborables y sábados
• Existencia o no de días festivos: Navidad, Semana Santa, Agosto
• Cargas internas: ocupación y equipos
El cálculo debería considerar:
• Aprovechamiento de la luz natural
• Enfriamiento gratuito y ventilación nocturna
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO EFICIENTE
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COMENTARIOS
El cumplimiento de las exigencias implicará que los edificios tengan una baja demanda de energía.
Queda abierto el “debate” de qué ocurre con la ventilación del edificio:
– Se incluye en el cálculo de demanda?– El enfriamiento gratuito reduce demanda o aporta
energía?– El enfriamiento nocturno reduce demanda o aporta
energía?
Será esto un paso atrás en el análisis de los edificios?
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DEFINICIÓN DE EDIFICIO EFICIENTE
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OBJETIVOS DE LOS EDIFICOS DE ENERGÍA CASI CERO
- REDUCIR LA DEMADA- AUMENTAR LA EFICIENCIA ENERGÉTICA- UTILIZAR ENERGÍAS RENOVABLES,
- On-site,Off-site- Redes urbanas eficientes
- (DESCARBONIZAR LA RED ELÉCTRICA, Exterior) (*)
(*) Inglaterra pretende reducir las emisiones de CO2 de la generación
eléctrica de 250 gr CO2/Kwhe en 2.010 a 50 gr CO2/ Kwhe en 2050
APLICACIÓN DE DEFINICIÓN DE nZEB A EDIFICIOS DE OFICINAS
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6.3.2013 Diario Oficial de la Unión Europea L 62/2
DECISIONES
DECISIÓN DE LA COMISIÓNde 1 de marzo de 2013
por la que se establecen las directrices para el cálculo por los Estados miembros de la energía renovable procedente de las bombas de calor
de diferentes tecnologías,
conforme a lo dispuesto en el artículo 5 de laDirectiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo y del Consejo
APLICACIÓN DE DEFINICIÓN DE nZEB A EDIFICIOS DE OFICINAS
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Esbozo de la metodología De conformidad con el anexo VII de la Directiva, la cantidad de energía renovable suministrada mediante tecnologías de bombas de calor (ERES) se calcula con la fórmula siguiente:
ERES = Qusable * (1 – 1/SPF)
Qusable = HHP * Prated Siendo:— Qusable = calor útil total estimado proporcionado por bombas de calor [GWh]; — HHP = horas equivalentes de funcionamiento a plena carga [h]; — Prated = potencia de las bombas de calor instaladas, teniendo en cuenta la duración de los diferentes tipos de bombas de calor [GW];— SPF = factor de rendimiento medio estacional estimativo (SCOPnet o SPERnet)
Por tanto, bombas de calor eléctricas de cualquier tipo, con eficiencia media estacional superior a SCOPNET > 2,5, parte de la energía producida tendrá consideración de EE.RR.
SPF (Seasonal Performance Factor )
APLICACIÓN DE DEFINICIÓN DE nZEB A EDIFICIOS DE OFICINAS
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Energía renovable fotovoltaica
APLICACIÓN DE DEFINICIÓN DE nZEB A EDIFICIOS DE OFICINAS
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Países mediterráneos aproximadamente
doble radiación solar que los centro-europeos
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Horizontal :
1.650 horas eq/año
Sur:
1.000 horas eq/año
Este:
750 horas eq/año
Oeste:
750 horas eq/año
GENERACIÓN ELÉCTRICA FOTOVOLTAICA
en edificios, utilizando vidrios fotovoltaicos – Valencia
APLICACIÓN DE DEFINICIÓN DE nZEB A EDIFICIOS DE OFICINAS
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GENERACIÓN ELÉCTRICA FOTOVOLTAICA – VALENCIA
Electricidad generada horizontal Paneles fotovoltaicos, Potencia 100 kWpHoras equivalentes / año : 1.650
Fuente onixsolar
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GENERACIÓN ELÉCTRICA FOTOVOLTAICA – VALENCIA
Electricidad generada fachada sur Vidrios fotovoltaicos, Potencia 100 kWpHoras equivalentes / año : 1.000
Fuente onixsolar
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GENERACIÓN ELÉCTRICA FOTOVOLTAICA – VALENCIA
Electricidad generada fachada oeste/este Vidrios fotovoltaicos, Potencia 100 kWpHoras equivalentes/año : 750
Fuente onixsolar
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APLICACIÓN DE DEFINICIÓN DE nZEB A EDIFICIOS DE OFICINAS
MADRID, XX DE XXXX DE 2017
FACHADA SUR
FACHADA NORTEFACHADA OESTE
FACHADA ESTE
CASO PRÁCTICO 1. EDIFICIO DE OFICINAS
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FACHADA NORTEFACHADA OESTE
FACHADA ESTE
Proporción Huecos-OpacoMal diseño, % Inadecuado, Factor solar mal utilizado
EdificioCompacto, Buena orientación
CASO PRÁCTICO 1. EDIFICIO DE OFICINAS
FACHADA SUR
Composición EnvolventePoco aislamiento, Inercia térmica inadecuada, SIN protección a Radiación Solar
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CASO PRÁCTICO 1. EDIFICIO DE OFICINAS VALENCIA
Zona Climática C3
SITUACIÓN INICIALVALENCIA
EF
(kWhEE)
EF
(kWhEE/m2)
EPnR
(kWhEPnR/m2)
EP
(kWhEP/m2)
EM CO2
(Kg CO2/m2)
EQUIPOS FRIO 126287 16,0 31,2 37,8 5,3
EQUIPOS CALOR 159296 20,1 39,3 47,7 6,7
VENTILADORES 74869 9,5 18,5 22,4 3,1
BOMBAS 40456 5,1 10,0 12,1 1,7
ILUMINACIÓN 265742 33,6 65,6 79,5 11,1
TOTAL 666649 84,2 164,6 199,4 27,9
EPEPnR
IluminaciónRefrigeraciónCalefacciónT AguaT Aire
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Superficies opacas ext. U=0.32 W/m2K
Aportes solares gratuitos
Dispositivos dinámicosde control Solar Fachada Sur
Cubiertas Ajardinadas. U=0.20 W/m2K
Ventanas U=1.3 W/m2K
Potencial geotérmico del suelo – calent/enfr
Orientación Norte-Sur
Fachadas Este-Oeste ciegas
MEJORAS EN LA ENVOLVENTE VALENCIA
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MEJORAS EN LA ILUMINACIÓN VALENCIA
CAMBIO A LUMNINARIAS DE LED
APROVECHAMIENTO DE LA LUZ SOLAR CUMPLIMIENTO DE LA HE3
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CLIMATIZACIÓN MEDIANTE VRV CON RECUPERACIÓN DE CALOR
•BAJAS PERDIDAS EN TRANSPORTE •ALTO COP (4 a 4,5) SEER (6 a7,5) •BAJO MANTENIMIENTO Y COSTES DE EXPLOTACIÓN•RECUPERACIÓN DE CALOR •CONFORT PERSONAL (Frio y calor enestancias con diferentes necesidades)
Zona ClImática C3
MEJORAS EN LOS EQUIPOS VALENCIA
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CASO PRÁCTICO 1. EDIFICIO DE OFICINAS VALENCIA
COEFICIENTES DE PASO ENERGÍA FINAL, PRIMARIA NO RENOVABLE Y RENOVABLE
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CASO PRÁCTICO 1. EDIFICIO DE OFICINAS VALENCIA
VALENCIAEF
(kWhEE)
EF
(kWhEE/m2)
EPnR
(kWhEPnR/m2)
EP
(kWhEP/m2)
EM CO2
(Kg CO2/m2)
EQUIPOS FRIO 126287 16,0 31,2 37,8 5,3
EQUIPOS CALOR 159296 20,1 39,3 47,7 6,7
VENTILADORES 74869 9,5 18,5 22,4 3,1
BOMBAS 40456 5,1 10,0 12,1 1,7
ILUMINACIÓN 265742 33,6 65,6 79,5 11,1
TOTAL 666649 84,2 164,6 199,4 27,9
Zona Climática C3
PANELES SOLARES FOTOVOLTAICOSVALENCIA
EF
(kWhEE)
EF
(kWhEE/m2)
EPnR
(kWhEPnR/m2)
EP
(kWhEP/m2)
EM CO2
(Kg CO2/m2)
EQUIPOS FRIO 20040 2,5 4,9 6,0 0,8
EQUIPOS CALOR 31450 4,0 7,8 9,4 1,3
VENTILADORES 40429 5,1 10,0 12,1 1,7
BOMBAS 0 0,0 0,0 0,0 0,0
ILUMINACIÓN 135528 17,1 33,5 40,5 5,7
TOTAL 227447 28,7 56,1 68,0 9,5
VALENCIAEF
(kWhEE)
EF
(kWhEE/m2)
EPnR
(kWhEPnR/m2)
EP
(kWhEP/m2)
EM CO2
(Kg CO2/m2)
EQUIPOS FRIO 20040 2,5 4,9 6,0 0,8
EQUIPOS CALOR 31450 4,0 7,8 9,4 1,3
VENTILADORES 40429 5,1 10,0 12,1 1,7
BOMBAS 0 0,0 0,0 0,0 0,0
ILUMINACIÓN 135528 17,1 33,5 40,5 5,7
TOTAL 227447 28,7 56,1 68,0 9,5
FOTOVOLTAICA -108011 -13,6 -26,7 -32,3 -4,5
TOTAL CON EE.RR. 119436 15,1 29,5 35,7 5,0
EPEPnR
EPEPnR
EPnR EP
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SITUACIÓN OPTIMIZADA
MADRID, XX DE XXXX DE 2017
BURGOSEF
(kWhEE)
EF
(kWhEE/m2)
EPnR
(kWhEPnR/m2)
EP
(kWhEP/m2)
EM CO2
(Kg CO2/m2)
EQUIPOS FRIO 42351 5,4 10,5 12,7 1,8
EQUIPOS CALOR 525306 66,4 129,7 157,1 22,0
VENTILADORES 74885 9,5 18,5 22,4 3,1
BOMBAS 48842 6,2 12,1 14,6 2,0
ILUMINACIÓN 265742 33,6 65,6 79,5 11,1
TOTAL 957125 120,9 236,3 286,3 40,0
CASO PRÁCTICO 1. EDIFICIO DE OFICINAS BURGOS
Zona Climática E1
EPEPnR
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SITUACIÓN INICIAL
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Enfriamiento convectivo nocturno con apoyo de tiro térmico
Masa térmica interior termoactiva
Potencial geotérmico del suelo – calent/enfr
MEJORAS EN LA VENTILACIÓN BURGOS
Ventilación selectiva con enfriamiento radiativo + ventilación mecánica.
Doble puerta.
Puerta mecánica
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Zona Climática E1
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CASO PRÁCTICO 1. EDIFICIO DE OFICINAS BURGOS
BIOMASA
CALDERA DE CONDENSACIÓNDE 400 kW
CALDERA DE BIOMASA DE 400 kW
ENFRIADORA DE AGUA DE 400 Kw, EER= 3,02
Zona Climática E1
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CASO PRÁCTICO 1. EDIFICIO DE OFICINAS BURGOS
CAMBIO DE LUMINARIAS A LED RECUPERADORES DE CALOR
CAMBIO DE A CAUDAL VARIABLE
FAN-COILS EFICIENTES
Zona Climática E1
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CASO PRÁCTICO 1. EDIFICIO DE OFICINAS BURGOS
Tabla Energía eléctrica ISF de 42 kWpContribución solar (%)Autoconsumo
Zona Climática E1
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BURGOSEF
(kWhEE)
EF
(kWhEE/m2)
EPnR
(kWhEPnR/m2)
EP
(kWhEP/m2)
EM CO2
(Kg CO2/m2)
EQUIPOS FRIO 42351 5,4 10,5 12,7 1,8
EQUIPOS CALOR 525306 66,4 129,7 157,1 22,0
VENTILADORES 74885 9,5 18,5 22,4 3,1
BOMBAS 48842 6,2 12,1 14,6 2,0
ILUMINACIÓN 265742 33,6 65,6 79,5 11,1
TOTAL 957125 120,9 236,3 286,3 40,0
CASO PRÁCTICO 1. EDIFICIO DE OFICINAS
Zona Climática E1
EPEPnR
EPnR EP
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EF (kWhEF)EF
(kWhEF/m2)
EPnR
(kWhEPnR/m2)
EP
(kWhEP/m2)
EM CO2
(KgCO2/m2)
EQUIPOS FRIO 39343 4,97 9,71 11,77 1,65
EQUIPOS CALOR (GLP) 72980 9,22 11,07 11,35 2,34
EQUIPO CALOR(BIO) 439912 54,44 4,63 60,59 0,98
VENTILADORES(EE) 57928 7,32 14,3 17,33 2,42
BOMBAS(EE) 28170 3,56 6,95 8,43 1,18
ILUMNACIÓN (EE) 89649 11,33 22,13 26,82 3,75
TOTAL(EE+GLP+BIO) 718983 90,83 68,79 136,28 12,32
EE RR (EE) 56675 -7,16 -14 -15 0
TOTAL 662308 83,67 54,8 126,48 9,95
SITUACIÓNOPTIMIZADA
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CONCLUSIONES
Conclusiones Oficina nZEB:
Muchos “detalles” por definir para establecer la definición de nZEB:• Horarios• Usos de los espacios y de la iluminación• Ventilación nocturna y enfriamiento gratuito
Exigencias en demanda y eficiencia energética• Buena envolvente, concepción, ventilación• Buena iluminación• Instalación en conjunto
Exigencia de producción de EE.RR. in situ• Aerotermia, geotermia, hidrotermia• Energía eólica• Energía solar fotovoltaica
BARCELONA 11 DICIEMBRE 2017
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EJEMPLO EDIFICIO EN YOKOHAMA JAPON
APROVECHAR LA LUZ NATURAL
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EJEMPLO EDIFICIO EN YOKOHAMA JAPON
APROVECHAR LA LUZ NATURAL
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EJEMPLO EDIFICIO EN YOKOHAMA JAPON
APROVECHAR LA LUZ NATURAL
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EJEMPLO EDIFICIO EN YOKOHAMA JAPON
INSTALACIÓN DE AIRE ACONDICIONADO
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EJEMPLO EDIFICIO EN YOKOHAMA JAPON
PILA DE COMBUSTIBLE TIPO SOLID OXIDE FUEL CELLS
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EJEMPLO EDIFICIO EN YOKOHAMA JAPON
COGENERACIÓN CON PILA DE COMBUSTIBLE, AGUA FRIA Y ELECTRICIDAD
MADRID, XX DE XXXX DE 2017 BARCELONA 11 DICIEMBRE 2017
DEFINICIÓN DE EDIFICIO DE CONSUMO DE ENERGÍA CASI NULO
MADRID, XX DE XXXX DE 2017 BARCELONA 11 DICIEMBRE 2017
EJEMPLO EDIFICIO EN YOKOHAMA JAPON
PRIMERO, MEDIDAS DE AHORRO DE ENERGÍA
SEGUNDO, COMPENSACIÓN CON ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
MADRID, XX DE XXXX DE 2017 BARCELONA 11 DICIEMBRE 2017
EJEMPLO EDIFICIO EN YOKOHAMA JAPON
BALANCE DE ENERGÍA MENSUAL ESTIMADO Y MEDIDO