Nuevas tendencias en edificios inteligentes

“El caso italiano y europeo; escenarios para Colombia” Martes 2 Agosto 2016

Conferencista: Dott. Ing. Roberto Chiari 1 Asociación Colombiana de Ingenieros

DOTT. ING. ROBERTO CHIARI Borgo Angelo Mazza, 1, Parma (Italia) www.progettazionebim.it Correos: roberto-chiari@virgilio.it roberto.chiari@progettazionebim.it Skype: dott.ing.roberto.chiari

S.H.E. CONSULTING

2 Asociaciรณn Colombiana de Ingenieros

3 Asociaciรณn Colombiana de Ingenieros

Consumos por sectores 2%2%

38%

30%

28%

Residencial y terciario

Industria

Agricultura

Usos no energĂŠticos

Transportes

4 AsociaciĂłn Colombiana de Ingenieros

5 Asociaciรณn Colombiana de Ingenieros

Clases de energía Por la presente directiva nacen clases de energía con la que se identifica cuanto un edificio va a consurmir en un año.

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La transmisión del calor tiene lugar por tres mecanismos básicos:  Conducción

Régimen estacionario  Convección Régimen estacionario  Radiación

Conducción Convección

Régimen dinamico Radiación

7

La energía calorífica se transmite durante el contacto directo entre cuerpos (o partes de los mismos) a distintas temperaturas y tiene lugar mediante choques o acoplamientos entre las moléculas del sistema (unas en zonas más calientes, con mayor energía térmica y otras en las zonas más frías, con menor energía térmica). Transferencia de calor a través de un material sin movimiento macroscópico.

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Cantidad de calor que se transmite a travĂŠs de la unidad de espesor de un material cuando la diferencia de temperatura entre ambas caras es de 1ÂşK [W/(mK)]

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Para un material homogéneo (conductividad térmica constante en las tres direcciones del espacio) la conducción térmica está determinada por la ley de Fourier:

α= λ / c ρ c = calor específico (J/kgK) ρ = densidad (kg/mc)

no se puede encontrar una solución exacta de la ecuación sólo se puede resolver mediante métodos numéricos aproximados.

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En los casos de:  Régimen estacionario (no variación perceptible de la temperatura)  Flujo unidimensional (variación de la temperatura en una dirección del espacio)

λ

λ

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La determinación de la conductividad térmica se realiza en laboratorio con diferentes métodos normados. Para algunos materiales aislantes una norma armonizada europea establece la forma de determinar las características: - Lana mineral (MW) UNI-EN 13162 - Poliestireno expandido (EPS) UNI-EN- 13163 - Vidrio celular (CG) UNI-EN 13167 - Fibra de madera (WF) UNI – EN 13171

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La energía calorífica se transmite por el movimiento físico de moléculas “calientes” de las zonas de alta temperatura a las zonas de baja temperatura y viceversa, equilibrándose las temperaturas. Este proceso tiene gran importancia en los fluidos.

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La ecuación que rige el intercambio de calor por convección es la conocida ecuación de Newton, la cual considera que la densidad de flujo de calor por unidad de área es proporcional a la diferencia de temperaturas entre la superficie y la temperatura del fluido (líquido o sólido).

q= hc A (t1-t2) (w) Hc = coeficiente de conveccion W/m2K En este caso la constante de proporcionalidad se conoce como coeficiente de convección o coeficiente de película.

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ESTRUCTURA

Rsi

Rse

Rsi+Rse

Pared externa no ventilada

0,13

0,04

0,17

Pared externa ventilada

0,13

0,13

0,26

Techo externo no ventilado

0,10

0,04

0,14

Techo externo ventilado

0,10

0,10

0,20

Piso externo no ventilado

0,17

0,04

0,21

Piso externo ventilado

0,17

0,17

0,34

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Irradiancia Solar en Italia (W/m2)

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30 Asociaciรณn Colombiana de Ingenieros

…¿cómo aislar? …¿donde aislar?

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ETICS: External Thermal Insulation Composite System Debe entenderse como componentes de un sistema complejo

32 Asociaciรณn Colombiana de Ingenieros

EPS

ETICS

Corcho

Fibra de madera

Lana de Roca

Espumas minerales 33

Asociaciรณn Colombiana de Ingenieros

Características de los materiales aislantes Paneles rígidos flexible

animal

mineral

material a granel espumas

vegetal

higroscopicidad

fósil

conportamento al fuego

forma

reciclado

naturaleza

protección contra el calor

Se puede pensar en la clasificación de los materiales aislantes de acuerdo a varios criterios: será importante utilizar el material aislante más adecuado en función de los requisitos de diseño y construcción específicas.

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Los parámetros para la definición de las propiedades de los materiales

conductividad térmica

λ

[ W/mK]

calor específico

cp

[ J/KgK]

densidad

ρ

[ Kg/m3]

Factor de resistencia a la difusión del vapor de agua

μ

[-]

resistencia a la compresión

Rc

[ N/mm2]

Comportamiento al fuego

Clases

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Materiales aislantes Fibra de madera mineralizada

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Conceptos y técnicas de la arquitectura y ingeniería bioclimática

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     

confort térmico calidad del aire confort acústico confort luminico protección de gas radón protección contra la humedad y el moho

El confort termico depende:  temperatura media superficial  temperatura del aire  humedad relativa  velocidad del aire 41 Asociación Colombiana de Ingenieros

Sistemas de Calefacción y climatización  Calderas clásica  Calderas de baja temperatura Las calderas clásicas trabajan todo el tiempo a una temperatura constante de aproximadamente 80ºC, independientemente del calor que se necesite y la temperatura exterior. En cambio las calderas de baja temperatura permiten adaptar la temperatura en función de las necesidades reales.

El ahorro energético alcanza un 15% o incluso es superior dependiendo de la marca y modelo que se compare.

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 Calderas de condensación Caldera diseñada para condensar permanentemente una parte importante del vapor de agua contenido en los gases de la combustión.

El calor latente de estos gases, también llamado calor de condensación, se libera y transmite al agua de la caldera, ahorrando combustible (gas natural).

Estas calderas tienen una vida útil más elevada, aproximadamente 25 años y mayor rendimiento que las calderas clásicas y las de baja temperatura.

El ahorro energético puede superar el 30% con respecto a una caldera clásica se pueden alcanzar rendimientos superiores al 100%.

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. La calefacción y climatización por suelo radiante

 La calefacción y climatización con paneles radiantes

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 Bombas de calor Lo habitual es que se trate de equipos independientes, aunque son mucho más recomendables los sistemas centralizados, en los que el calor transferido por la bomba de calor es distribuido por una red de conductos de aire y rejillas o difusores (lo más usual), o mediante tubos con agua caliente a través de los cuales se hace pasar aire (fan-coils). La ventaja del sistema es su alta eficiencia: por cada kWh de energía consumida se transfiere entre 2 y 4 kWh de calor. Además, estos sistemas no sólo permiten calentar la vivienda, sino también enfriarla.

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 Biomasa - biogas (se obtiene a partir de la digestión anaeróbica de los materiales orgánicos. ) - basura - heno o paja  la Calefacción urbana o telecalefacción es aquella en que el calor (la energía térmica) se distribuye por una red urbana, del mismo modo en que se hace con el gas, el agua, la electricidad o las telecomunicaciones. Lo que distingue esta red de las centralizadas de edificio, es que sirve a un grupo de edificios, que puede ser más o menos grande y sus conducciones discurren bajo el pavimento de las calles o de las zonas comunes del barrio. La extensión de la red puede ser pequeña, para un grupo de casas, mediana o grande, abarcando toda una población.

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ď ą -

Calderas de madera madera rota virutas de madera pellets

48 AsociaciĂłn Colombiana de Ingenieros

 Las bombas de calor geotérmicas aprovechan de la temperatura estable del terreno para proporcionar calefacción en invierno, refrigeración en verano y agua caliente durante todo el año con los máximos niveles de eficiencia y confort. Compatibles con cualquier tipo de instalación.

Una bomba de calor geotérmica es un equipo: - compacto y silencioso que cabe perfectamente en un sótano o garaje - no requiere de grandes espacios para su instalación - los captadores subterráneos pueden ser instalados de manera vertical o horizontal.

Existen dos posibilidades a la hora de extraer el calor del subsuelo para climatizar una vivienda: - extraer el calor de la propria tierra - extrar el calor de las corrientes de agua subterráneas

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- Bombas de calor tierra-agua Las bombas de calor geotérmicas tierra-agua extraen la energía directamente de la tierra. Se pueden utilizar captadores de superficie o sondas geotérmicas verticales.

En cualquiera de los dos casos estaremos utilizando sistemas con un impacto nulo en su entorno, y con una fiabilidad máxima a lo largo de los años.

- Bombas de calor agua-agua Las bombas de calor agua-agua utilizan la energía de las corrientes de agua subterráneas. Mediante la colocación de una bomba que haga circular el agua por la bomba de calor, estaremos aprovechando toda la energía contenida en el agua, con unos niveles de eficiencia óptima. Únicamente hay que cuidar todos los detalles para no dañar el medio y garantizar la obtención estable de energía a lo largo del tiempo.

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 Energía solar térmica Los sistemas de energía solar térmica utilizan los rayos solares para obtener agua caliente. Unas placas especiales, denominadas colectores, concentran y acumulan el calor del Sol, y lo transmiten a un fluido que queremos calentar. Este fluido puede ser bien el agua potable de la casa o bien el sistema hidráulico de calefacción de la vivienda.

En cuanto a la generación de agua caliente para usos sanitarios, hay dos tipos de instalaciones: - las de circuito abierto, donde el agua de consumo pasa directamente por los colectores solares - las de circuito cerrado, donde el agua de consumo no pasa directamente por los colectores solares

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Los colectores solares más empleados a nivel doméstico son los colectores planos, seguidos cada vez más por los colectores solares de vacío.

- Un panel solar plano se compone de una caja con aislamiento en el fondo y en los costados y sobre este aislamiento se monta la placa absorbedora, una plancha metálica a la que se encuentran soldados los tubos por los que circula el líquido a calentar. Los tubos que entran y salen del costado de la placa permiten que se pueda conectar el sistema a la instalación de agua. La carcasa, normalmente metálica, es la estructura que rodea el aislamiento posterior y soporta el vidrio, y debe ser totalmente estanca para evitar pérdidas de calor. La tapa frontal es de vidrio templado resistente a impactos y a las oscilaciones térmicas o bien de determinados plásticos.

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- Los colectores solares de tubos de vacío incluyen una innovación: se ha hecho el vacío en el espacio que queda entre el cristal protector y la superficie absorbente.

Con este cambio se consigue eliminar las pérdidas por convección interna, porque internamente no hay aire que pueda transferirlas, y aumentar así la temperatura de trabajo y el rendimiento de la instalación. La forma de estos captadores no es plana, sino cilíndrica, porque permite efectuar mejor el vacío en su interior.

Además, los colectores de tubos de vacío integran concentradores cilíndricoparabólicos con los que se consigue mejorar el rendimiento durante las estaciones en que los rayos solares no inciden en el ángulo óptimo.

También permiten adaptarse mejor a aquellos casos en que no es posible una instalación en la inclinación o dirección ideal, donde los paneles planos tendrían muy poco rendimiento. Esta propiedad hace que los captadores de tubos de vacío puedan integrarse aún mejor en la arquitectura. En general, los colectores deben estar homologados y presentar las garantías pertinentes.

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El sistema de acumulación de energía solar se destina a satisfacer las necesidades de consumo de agua caliente sanitaria deseasadas de los períodos de captación.

Porque el consumo de agua caliente no siempre coincide con los períodos de mayor incidencia solar, existe la necesidad de acumular agua caliente en un depósito para el consumo posterior.

Existe una amplia gama de depósitos acumuladores de uno o dos serpentines, especialmente creados para ser combinados en cualquier tipología de instalación.

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 Energía solar fotovoltáica La energía solar fotovoltáica consiste en la transformación directa de la radiación solar en energía eléctrica. Esto se consigue aprovechando las propiedades de los materiales semiconductores mediante las células fotovoltáicas. El material base para su fabricación suele ser el silicio. Cuando la luz del sol (fotones) incide en una de las caras de la célula genera una corriente eléctrica que suele utilizar como fuente de energía.

Existen principalmente dos tipos de instalaciones: - las de conexión a red, donde la energía que se produce se utiliza íntegramente para la venta a la red eléctrica de distribución - las aisladas de red, que se utilizan para autoconsumo, ya sea una vivienda aislada, una estación repetidora de telecomunicación, bombeo de agua para riego, etc.

Se estima que para producir el equivalente al consumo doméstico de energía de una familia se requieren 3 KW (12-14 paneles solares).

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 La Ventilación Mecánica Controlada (VMC) permite gestionar de una forma eficiente el consumo energético.

- VCM simple flujo autorregulable.

- VCM simple flujo higrorregulable.

- VCM doble flujo.

La Ventilación Mecánica Controlada (VMC) permite gestionar de una forma eficiente el consumo energético.

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VCM simple flujo autorregulable la entrada de aire es natural y la extracción se realiza mediante un extractor mecánico. Se observa como la impulsión de aire se realiza en las salas de estar y dormitorios, mientras que las extracciones se realizan en los baños y cocina.

Obtendremos con una inversión reducida una calidad del aire correcta.

VCM simple flujo higrorregulable se caracteriza por que la superficie de paso de aire tanto de entrada en las entradas de aire como el extraído en las bocas de extracción, se ajusta automáticamente a la humedad de la estancia en la cual están ubicadas, en consonancia a la actividad desarrollada en la misma. El sistema se adapta a las necesidades de ventilación en cada momento, obteniendo una mejor relación ganancia térmica /inversión.

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VMC doble flujo también conocida como “recuperadores”, consiste en un sistema más complejo, donde se recupera parte de la energía del aire extraído. El aire exterior es filtrado y calentado y/o enfriado antes de su insuflación en las zonas secas (salas de estar y dormitorios). La extracción se realiza por las zonas húmedas (baños, cocinas, aseos) tal y como se realiza en los sistemas mono flujo. Se obtienen términos de calidad de aire, insonorización y de ahorro de energía.

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Beneficios VMC  un importante ahorro energético  confort higiénico y salud  confort acústico  confort en los climas calientes

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Componentes de la instalaciรณn para la recuperaciรณn de aguas pluviales

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Remodelación energética Metodología 1) Auditoría energética 2) El cálculo de los indicadores de rendimiento existentes 3) Supuestos de diseño: - mejoramiento energetico de la envolvente - mejoramento de la eficiencia de los sistemas por la calefacción y climatizacion

- elección de las fuentes de energía renovables 4) Identificación de las intervenciones generales 5) Projecto ejecutivo 6) Evaluación energética , económica, ecológica para cada intervención (Ante-Post)

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Eficiencia envolvente

Eficiencia total

FUNDAMENTAL VERIFICACIÓN del consumo real «Facturas»

evaluación económica

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GESTIÓN INTEGRADA DEL PROYECTO!!!!

BIM – Building Information Modeling Con la tecnología BIM (Building Information Modeling), se construyen uno o varios modelos virtuales de un edificio. Con ellos nos apoyamos para el diseño en todas sus fases, permitiendo mejores análisis y controles que los procesos manuales. Una vez completado, estos modelos generados por ordenador contienen geometría precisa y datos necesarios para llevar a cabo la construcción, la fabricación, y las actividades relacionadas que intervienen en la realización del edificio.

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ÂżQue escenarios para Colombia?

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GRACIAS POR SU ATENCIร N!!

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GRACIAS POR SU ATENCIร N!!

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