lunes, 18 de junio de 2012

Gestión energética en bioarquitectura


Con medidas pasivas de arquitectura bioclimática se alcanzarían ahorros en climatización del 50% o 60% sin inclusión de tecnología. El resto, solar o biomasa, cubriría el porcentaje restante. La biomasa cumple los atributos fijados como objetivos de partida, ya que se trata de un material que puede autoproducirse o conseguirse a nivel local.

Calefacción 

Elección del sistema de calefacción: después de conocer las pérdidas de calor por el cerramiento del edificio y las pérdidas de calor por ventilación se pueden sumar las dos cifras, lo cual nos dará la pérdida de calor total de la vivienda. Como ejemplo, supongamos una vivienda que tenga una pérdidas de calor unitarias a través del cerramiento de 225W/ºC y unas pérdidas de calor unitarias por ventilación de 75ºC. Si sumamos estas dos cifras alcanzamos una pérdidas unitarias totales de 300ºC. Esta cifra la podemos utilizar para calcular la potencia del sistema de calefacción y la cantidad de energía que se consumirá durante toda la estación fría. El sistema de calefacción tiene que ser capaz de suministrar suficiente energía para mantener caliente el edificio en las condiciones más desfavorables. La energía que ha de ser capaz de suministrar el sistema de calefacción ha de basarse en la máxima diferencia probable entre las temperaturas exterior e interior. Normalmente en España las diferencias suelen oscilar entre los 18 º y 22º, aunque en zonas de mucho frío puede llegar hasta los 25º. Si se utiliza una diferencia s de temperatura excesivamente altas el sistema de calefacción estará sobredimensionado para su función, trabajará por debajo de capacidad y con un rendimiento bajo durante la mayor parte del tiempo. Si seguimos con el ejemplo, una casa con una pérdidas totales de 300º y una oscilación de temperaturas de 20º, el sistema de calefacción elegido deberá suministrar 300ºx20º=6.000W o 6 kW. Un calentador de 6kW no proporciona 6000W durante todo el invierno, si lo hiciera la temperatura sería excesiva durante la mayor parte del tiempo y los gastos de combustión enormes. Un sistema de calefacción bien diseñado suministra suficiente energía para mantener la casa a la temperatura deseada; si en el exterior hace calor, el sistema dará poca energía, si hace frío producirá mucha. 

Ejemplo: los grados/día se pueden utilizar para calcular el consumo de energía durante todo el invierno. Tomando el ejemplo que utilizábamos antes, en una casa en que la pérdidas de calor sean de 300W/ºC, se multiplica esta pérdida por 24 (el número de horas del día) y después por el número de grados/día en la zona donde esté situada la vivienda. La respuesta se divide por mil para que el resultado nos dé en kWh. Suponiendo que en la región donde esté nuestra vivienda hay 1400 grados/día, la energía total necesaria será: 300 x 24 x 1400 = 10080000 Wh = 10080 kWh 

Temperaturas de bienestar: depende de cada estancia de la casa y cuanto se use, necesitaremos generar una temperatura para alcanzar la temperatura de bienestar. 

Calor solar: en UK se calcula que en una vivienda media se consumen 170 litros de agua caliente al día a una temperatura de 55º. Esto representa una demanda de energía útil de aproximadamente 3350 kWh año. Otras estimaciones dan un consumo de 50 litros de agua caliente por persona al día, con una demanda útil de 18 kWh por persona a la semana o 3750 kWh al año para una familia de cuatro personas. Se estima que un colector solar con una superficie de 4 metros cuadrados puede suministrar 1400 kWh al año, menos de la mitad de la demanda de una vivienda normal. Antes de pasar a considerar a utilizar la energía solar, conviene tratar de reducir la demanda de agua caliente de todas las formas posibles. Una vez hecho, la mayor energía útil la obtendremos si modificamos nuestros hábitos de vida para que coincidan con el sol. 

Cálculo de la energía recibida: un colector normal de cuatro metros cuadrados orientado a sur y colocado a 30º con respecto a la horizontal dará alrededor de 1400 kWh al año (UK), la mayor parte generadas en verano. Para calcular la cantidad de energía útil, hay que multiplicar esta cifra por el rendimiento del colector, que se suele considerar que es del 35 % a lo largo de todo el año, por tanto habrá que multiplicar por 0,35. 

Ventanas: Sobre una ventana vertical orientada al sur inciden aproximadamente 700kWh al año, o algo más de 300kWh en los meses de invierno (octubre a abril). Si la ventana tiene acristalamiento doble, un 70% del calor llega a la vivienda, proporcionando 200kWh. La misma ventana perderá durante el mismo período 150kWh si no está protegida. Pero si durante 16 horas se cubre con contraventanas aislantes, la pérdida de calor se disminuye a 75 kWh, lo cual nos da una ganancia térmica de 125 kWh, durante el período de calefacción. Si el edificio es de construcción pesada, la ganancia de calor solar se almacenará en el edificio, desprendiéndose lentamente en el interior. Esta clase de calefacción pasiva, que no requiere elementos mecánicos y utiliza la casa como colector y sistema de almacenamiento, no es fácil de controlar y requiere la colaboración de todos los habitantes de la vivienda. 

Invernaderos: otra fuente pasiva de calor solar es el invernadero anexado a una fachada sur. En primer lugar el muro adosado al invernadero perderá menos calor por el propio “efecto invernadero”. Segundo se pueden comunicar las estancias con rejillas, para traspasar aire caliente del invernadero a la vivienda. Tercero, el invernadero actuará como capa de reposo por las noches retrasando la pérdida térmica. Un invernadero, además puede utilizarse para cultivar alimentos, como estancia para los días lluviosos o muy fríos como ampliación de la casa. 

Cocina para calefacción 

Una vez aislada correctamente una casa, la suma del aporte de calor de las personas que viven en la casa, la iluminación y los electrodomésticos, incluida la cocina tienen un efecto apreciable en la calefacción de la vivienda, y la propia cocina puede convertirse en el elemento principal para la calefación. Unos 1.400 kWh aporta una cocina como energía a la vivienda. Una cocina calorifugada, como la de la marca Aga (con control termostático) o Hamco o Reyburn, se enciende al principio del invierno y aportará 1kWh, sirviendo para cocinar, calefacción y agua caliente. Funciona con un redimiento del 80% cuando el combustible es sólido y podemos estimar un consumo de 1,75 toneladas de coque durante la temporada de calefacción. La cocina tiene que situarse en el centro de la casa, convirtiéndose en el corazón de la misma. Este tipo de cocinas no son económicas en verano, y se pueden complementar con hornos solares y calentando el agua con colectores solares. 

Paneles solares 

Cada metro cuadrado de colector solar puede calentar unos 50 litros de agua caliente. Una casa normal necesitara dos paneles de 0,7 metros cuadrados por persona. Para la colocación, lo más importante es que no tengan sombras, al menos en un ángulo a cada lado de 45º. El ángulo óptimo está entre los 30 y 60º, pero escurrirá mejor la lluvia entre los 40 y 70º. Debe estar orientado a sur, pero puede oscilar 30º a cada lado sin que el rendimiento esté muy afectado. Las tuberías de conexión entre los colectores y la casa deben ir revestidas de aislantes impermeable. En el circuito cerrado del colector habrá que poner un 25% de anticongelante y un 20% de anticorrosión. 

Molinos de viento 

Hay que tener en cuenta que parte de su atractivo es visual, luego es un aspecto que habrá que cuidar y pensar cuidadosamente. 

Elección del emplazamiento: el principio general es elegir el que esté más expuesto. El molino tiene que estar en un lugar que no tenga ningún obstáculo en a menos de 150-200 metros, pero deberá estar cercano a la casa para que no se dispare el coste del cable. Con un anemómetro podremos calcula de la forma más exacta posible la cantidad disponible de energía en un terreno concreto. Engranajes y poleas: si los engranajes son poco eficientes el molino tendrá que aumentar la cantidad de energía producida. Unos engranajes buenos pueden tener una eficiencia del 94% y unas poleas del 90%. Es importante que el molino se pueda parar a determinada velocidad de viento, para evitar roturas. Elección de la torre y del equipo de mantenimiento: la altura ideal es entre los 15 y 20 metros, aunque puede ser interesante valorar postes de segunda mando de luz o teléfono aunque sean más pequeños. 

Instalación eléctrica 

Elección de baterías: supongamos que solo vamos a utilizar un molino para la iluminación. Si el molino produce 24 voltios, podemos utilizar lamparas fluorescentes de 24 voltios. Si cada bombilla necesita 0,5 amperios, utilizamos 5 bombillas y a una media de 5 horas diaras, la demanda total será 0,5 x 5 x 5 = 12,5 Ah (amperios hora). Si utilizamos 4 baterías de 6 voltios y 100 Ah, nos dará una capacidad de almacenamiento de 100 Ah a 24 voltios (o 2,4 kWh, ya que voltios x amperios = watios). Las baterías tendrán una duración de 100 / 12,5 = 8 días 

Calculo de la demanda de energía: para calcular la cantidad de energía que se consume en un día hay que multiplicar la potencia de cada uno de los aparatos electrodomésticos que se utilizan en la vivienda por el número de horas que se utilizan. Esto nos dará la demanda en watios hora al día (dividiéndolo por 1000 tendremos la cifra en kWh) 

El cableado: el amperaje de los cables está determinado por el área de su sección, cuanto más grueso sea un cable, mayor será el amperaje, y por lo tanto, su coste. Para las bombillas podemos utilizar cableado para corriente continua. 

Inversor: para la mayor parte de los electrodomésticos o necesidades de energía de mucha potencia saldrá más económico montar un inversor de corriente continua a alterna, pudiendo utilizar los cables habituales y más baratos de una vivienda tradicional 

Actualmente la tecnología está evolucionando a gran velocidad y van saliendo al mercado  paneles que generan en alterna. Nos gustaría que la instalación que hiciéramos fuera con tecnologías y productos sobradamente probados, pero estamos abiertos a innovaciones con potencial y a fabricantes locales.





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