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TAREB Energía, Medioambiente y Clima

1 Zonas climáticas

La interacción de la radiación solar con la atmósfera y las fuerzas gravitatorias, junto con la distribución de las extensiones de tierra y mar, da lugar a una diversidad climática casi infinita. Sin embargo, es posible distinguir varias zonas y regiones climáticas más o menos uniformes.

En líneas generales, las zonas climáticas se clasifican en:

1. Zonas frías

2. Zonas templadas

3. Zonas áridas y subtropicales

4. Zonas tropicales

Figura 1.1. Distribución de las zonas climáticas en el mundo [1]

Capítulo 1 Energía Confort y Edificios

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2 Factores climáticos

El clima de una región o una zona está determinado por una serie de factores que definen sus condiciones atmosféricas.

Entre dichos factores, cabe destacar la temperatura, la humedad, el viento (velocidad, dirección), la pureza atmosférica (o acumulación de polvo), etc. Más adelante se tratarán con detalle algunos de los factores más importantes que influyen en el clima a escala mundial.

2.1 Radiación solar

El Sol es el factor que mayor influencia ejerce en el clima. Casi toda la energía que llega a la Tierra procede del Sol en forma de radiación.

2.1.1 Efecto de:

2.1.1.1 Los rayos solares

La constante solar I0 se define como la intensidad de radiación que alcanza la

capa superior de la atmósfera. Experimenta leves oscilaciones debido a las variaciones tanto de la radiación emitida por el Sol como de su distancia de la Tierra.

Con independencia de estos efectos, la constante solar “estándar” en la capa superior de la atmósfera tiene un valor de 1.395 W/m².

La cantidad de radiación que alcanza la superficie terrestre depende, entre otras cosas, del lugar y del tiempo. En Alemania, por ejemplo, la radiación asciende a una cota máxima de aproximadamente 700- 1.000 W/m².

En consecuencia, la energía resultante que recibe cada unidad de área depende en igual medida del lugar y del tiempo. En Dortmund, Alemania, por ejemplo, tiene un valor medio de 1.055 kWh/(m²a).

2.1.1.2 Efecto de la posición del Sol

El eje de rotación de la Tierra (es decir, la línea que separa los polos norte y sur) está inclinado respecto al plano de órbita elíptica y su dirección se mantiene constante. El ángulo de inclinación es de unos 23,5°.Si el eje de la Tierra fuera perpendicular al plano orbital, la radiación solar incidiría de forma directa en las regiones ecuatoriales, por lo que éstas registrarían la máxima intensidad. Tampoco habría verano ni invierno.


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A causa de su inclinación, la zona que recibe la máxima intensidad se desplaza al norte y al sur, entre el trópico de Cáncer y el trópico de Capricornio. Ésta es la causa principal de los cambios de estación.

Figura 1.2. Relación entre la Tierra y el Sol [2]

2.1.2 Influencia de la posición del sol en la intensidad de radiación

La relación entre la Tierra y el Sol que se ha descrito en el apartado anterior afecta la cantidad de radiación que recibe un lugar concreto de la superficie terrestre de tres modos:

1) Debido al ángulo de incidencia, la intensidad que incide en las superficies normales se distribuye en una superficie mayor que está inclinada. Este hecho se conoce con el nombre de “ley del coseno”, como se muestra a continuación.

Figura 1.3. Ángulo de incidencia de los rayos solares [2]


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2) Cuanto mayor es el recorrido de la radiación a través de la atmósfera (por la baja altura del Sol debida a la relación que tiene con la Tierra), mayor es la reducción de la radiación debida al efecto de la atmósfera. Los procesos de absorción, dispersión y reflexión dan lugar a un factor de reducción que oscila entre el 0,2 y el 0,7, ya que la radiación absorbe el ozono, los vapores, el humo y las partículas de polvo que se encuentran en la atmósfera.

Figura 1.4. Longitud del recorrido a través de la atmósfera [2]


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Figura 1.5. Paso de la radiación a través de la atmósfera [2]

3) La duración de la iluminación solar varía también a causa de la relación existente entre la Tierra y el Sol. A consecuencia de ello también oscila la radiación en la superficie terrestre, lo que explica que en las altas latitudes varíe la cantidad de horas de luz solar en verano e invierno.

2.1.2.1 Equilibrio térmico

La cantidad total de calor que absorbe la Tierra cada año queda compensada con la pérdida de calor correspondiente. Sin este enfriamiento, la temperatura de la Tierra y de su atmósfera aumentarían día a día.

Existen tres procesos por los que la Tierra pierde calor, tal como muestra el siguiente gráfico:

Figura 1.6. Liberación de calor del suelo y la atmósfera [2]


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1. La radiación de onda larga al frío espacio exterior (tan sólo un 16 % de ésta se desprende al espacio, ya que el resto es absorbido de nuevo por la atmósfera).

2. Evaporación: a medida que el agua líquida se transforma en vapor y se mezcla con el aire, se va enfriando la superficie terrestre.

3. Convección: el aire que está en contacto con la cálida superficie terrestre pierde densidad en calentarse y asciende a las capas superiores de la atmósfera, desde donde disipa su calor al espacio.

2.1.2.2 Estado del cielo

Tal como se ha descrito anteriormente, la cantidad de radiación solar que atraviesa la atmósfera depende en gran medida de la cantidad de vapor de agua que contiene. La presencia o ausencia de nubes en la atmósfera en relación con la extensión total del hemisferio celeste visible se suele expresar con un porcentaje.

Por ejemplo, una nubosidad del 50 % significa que la mitad del hemisferio celeste está cubierto por nubes.


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La siguiente imagen muestra los diferentes estados del cielo. Con unas cámaras especiales es posible tomar estas fotografías del hemisferio (imaginaos que os encontráis tumbados en el suelo, mirando el cielo).

Figura 1.7. Estado del cielo (nubosidad del 0 %, de un 80 % y del 100 %)

En la fotografía de la izquierda, el hemisferio está despejado de nubes (nubosidad del 0 %), mientras que la fotografía de la derecha muestra una nubosidad del 100 %. En la fotografía del centro, se puede medir el factor de nubosidad real mediante el cálculo de la superficie celeste y la extensión del cielo cubierto por nubes.

2.2 Temperatura del aire

La temperatura suele expresarse en grados Celsius (°C ), pero la temperatura absoluta normalmente se expresa en grados Kelvin (K), que es una unidad del Sistema Internacional. La escala Kelvin es la misma escala centígrada, pero desplazada 273,15 °C, que es el punto de inicio.−

Por consiguiente, el punto de congelación del agua (0 °C) equivale a 273,15 K.

De esto se infieren las igualdades:

°C = K - 273,15 y K = °C + 273,15.

Las diferencias entre las dos temperaturas se expresan en valores absolutos, es decir, en Kelvin. Así pues, la diferencia entre 10°C y 15 °C son 5 K, o la temperatura aumenta en 3 K de 15 °C a 18 °C.


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En algunos países de habla inglesa la temperatura se suele calcular con la escala Fahrenheit (°F), en la que el punto de congelación del agua es de 32 °F (0 °C).

La relación de la escala Fahrenheit con la unidad Kelvin se describe de la siguiente manera:

K = (°F + 459,67) / 1,8 y °F = K x 1,8 – 459,67.

Esta equivalencia muestra que la diferencia entre, por ejemplo, 20 °F y 21 °F es de tan sólo 0,56 K.

Así pues, para pasar de °C a °F se debe aplicar la siguiente fórmula:

°C = (°F - 32) / 1,8 y °F = °C × 1.8 + 32.

2.2.1 Valores medidos

Los valores medidos más interesantes son: • las temperaturas del aire y • las temperaturas en superficie. En el estudio de los climas, también pueden ser de gran ayuda las diferencias entre las temperaturas máxima y mínima registradas un día cualquiera.

2.2.2 Valores esenciales de la influencia solar

Las temperaturas del aire y la superficie de los climas están especialmente influenciadas por los siguientes factores: • la radiación solar (intensidad [W/m²] y duración [h]); • los vientos (velocidad [m/s], duración [h] y dirección) originados por las

condiciones meteorológicas a escala mundial; • influencias a nivel local, sobre todo en la superficie.

2.2.3 Mecanismos de calentamiento y enfriamiento

De un modo más preciso, las temperaturas están determinadas por los siguientes mecanismos:

• La radiación solar calienta la atmósfera (a través de la absorción del vapor de agua, polvo, CO2, etc.) y la superficie.

• La radiación solar calienta la atmósfera (a través de la absorción del vapor de agua, polvo, CO2, etc.) y la superficie.

• El suelo se enfría por la propia radiación infrarroja que desprende. Este efecto disminuye a medida que crece la nubosidad.

• La radiación infrarroja liberada puede ser absorbida de nuevo por la atmósfera, lo que calienta la atmósfera y la superficie terrestre.

• Al aumentar los índices de CO2 y de otros gases invernadero, el calor queda

atrapado en la atmósfera y provoca el llamado efecto invernadero (ver apartado 3.2.1.).


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• El aire calentado por la superficie terrestre asciende, lo que da lugar a un desplazamiento de masa de aire que se conoce por ascendencia térmica. Esta ascendencia térmica disipa energía y enfría la superficie terrestre

• La evaporación de agua enfría la parte de la atmósfera que está situada justo encima de la zona donde se produce la evaporación. Puede que los vientos modifiquen esta situación transportando el aire húmedo a algún otro lugar. A nivel de superficie, las superficies húmedas (extensiones de agua, fuentes, plantas, etc.) pasan el vapor al aire.

El siguiente diagrama muestra de qué modo repercute la nubosidad en las temperaturas:

Figura 1.8. Influencia de la nubosidad en las temperaturas [3]

2.2.4 Otros parámetros fundamentales

El clima también depende de otros parámetros, tales como: • La topografía / la inclinación con respecto al Sol.

Las llanuras, las pendientes, los valles y las cimas de las montañas se caracterizan por tener diferentes absorciones, vientos, etc.

• La vegetación.


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Los árboles mezclan el aire e impiden la uniformidad de temperaturas. La sombra de los árboles, vegetación y cultivos, así como la evaporación que originan, también tienen un efecto de enfriamiento.

• Los pavimentos secos. El efecto de calentamiento que pueden causar diferentes superficies depende de su color (reflexión, absorción y emitancia) y de su capacidad de almacenamiento térmico .

• Las superficies de agua. Las superficies de agua reflejan una cantidad importante de radiación y el agua es evaporada en la superficie, lo que enfría la masa de agua. Al mismo tiempo, el agua desprende mucha energía térmica a causa de su gran capacidad térmica. En consecuencia, las masas de agua ejercen una influencia compensadora sobre el clima de un lugar concreto y de hasta regiones más extensas cuando actúan en conjunción con otros factores, especialmente el viento.

Figura 1.9. Diferentes superficies urbanas (pavimentos secos, superficies de agua) que influyen en el clima.


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• El efecto de isla de calor: A causa de los diferentes vientos, superficies, capacidades térmicas de los edificios, de las actividades industriales y de transporte, y de otros factores antropogénicos, existe una diferencia sustancial entre las temperaturas urbanas y rurales.

Figura 1.10. Esquema de una isla de calor urbana

2.3 Vientos

El movimiento de aire es otro factor importante del clima, tanto a escala local como mundial. Mediante la acción de los vientos, las diferentes zonas climáticas interaccionan entre ellas.

2.3.1 Magnitudes de medida

La variable que se debe citar en primer lugar es la velocidad del viento, que se suele medir en m/s. En las zonas rurales llanas, la velocidad del viento se suele registrar a una altura de 10 m. En cambio, en las zonas urbanas las mediciones se suelen efectuar a una altura comprendida entre los 10 y los 20 m para sortear cualquier obstáculo. Las velocidades registradas cerca de la superficie terrestre son inferiores a las que se registran a gran altura.

Otra variable que merece una especial atención es la dirección del viento. Se suelen distinguir ocho direcciones: las cuatro cardinales (N, E, S y O) y los


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puntos semicardinales de la brújula (NE, SE, SO y NO). De forma ocasional, estas ocho direcciones se subdividen en dieciséis: NNO, ONO, NNE, etc.

La dirección exacta puede describirse en una escala graduada, en la que las mediciones se toman en el sentido de las agujas del reloj a partir del norte geográfico (0°). Esta escala graduada recibe el nombre de azimut .

2.3.2 Fuentes de información

La información relativa al viento se puede obtener a partir de publicaciones especializadas como normas, ficheros de datos anuales u otros archivos que contengan información meteorológica.

A partir de, por ejemplo, estadísticas de datos tomados cada hora, es posible saber la que parece ser la dirección del viento dominante, así como elaborar una “rosa de los vientos” que muestre la frecuencia de vientos en cada dirección. Se puede calcular la velocidad media de los vientos y también su alcance geográfico, y también prever los contrastes diarios o estacionales.

2.3.3 Diferencias en la presión atmosférica a nivel mundial

Los vientos son, en esencia, corrientes de convección atmosférica que tienden a compensar el diferencial térmico de varias zonas. La trayectoria del viento depende de la rotación terrestre.


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Figura 1.11 Corrientes de convección atmosférica en el mundo [2]

2.3.4 Sistemas climáticos resultantes

Las corrientes de convección atmosférica anteriormente descritas dan lugar a cuatro zonas diferenciadas:

• Zonas tropicales o ecuatoriales entre los trópicos de Cáncer y Capricornio con fuertes corrientes térmicas, vientos del noreste en el norte del Ecuador y vientos del sureste al sur del Ecuador. En estas zonas varían poco las temperaturas de una estación a otra o del día a la noche, y con frecuencia se registra un índice de humedad muy elevado.

• La zona de convergencia intertropical con calmas y vientos de dirección cambiante. En esta zona, los vientos rotan en cada estación de norte a sur, y viceversa. La mayor parte de zonas áridas (secas) se hallan en estas latitudes y suelen registrar diferencias significativas de temperatura entre el día y la noche y entre los períodos estacionales.

• Vientos del oeste de latitud media, entre los 30º y los 60º al norte y al sur, donde son dominantes los vientos del suroeste (hemisferio norte) y los vientos del noroeste (hemisferio sur) como reacción física (el denominado “efecto de Coriolis”) a los movimientos de aire en las zonas tropicales.

• Los vientos polares, bajo la influencia de las corrientes térmicas, que soplan de las zonas frías a las cálidas (vientos del noreste o del sureste).

Figura 1.12 Rotación estacional de la zona de convergencia intertropical [2]

2.3.5 Situaciones locales en superficie

El gradiente de viento depende de la topografía y del tipo de cubierta vegetal.


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Cerca de la superficie, la velocidad del viento siempre es menor que a gran altura. Sin embargo, con una cubierta vegetal irregular la velocidad aumenta con la altura en un porcentaje mucho mayor que con una superficie lisa e uniforme, como por ejemplo el agua.

La velocidad del viento se puede reducir mediante una larga barrera horizontal; por ejemplo, es posible reducirla en un 50 % desde una distancia que es diez veces la altura de la barrera, y en un 25 % desde una distancia que es veinte veces su altura.

Figura 1.13 Gradientes de viento para diferentes topografías [2]

2.4 Humedad

Además de las temperaturas y los vientos, la humedad es el tercer parámetro que tiene un papel importante en el clima. Se manifiesta en forma de vapor y precipitaciones. La pluviosidad, esto es, la cantidad de lluvia caída en un determinado lugar, se mide en milímetros al año.

2.4.1 Pluviosidad

Dependiendo de la zona climática y de las particularidades de cada región, la pluviosidad varía de forma considerable de una estación a otra. • La pluviosidad media mundial es de 860 mm al año.

• La pluviosidad mínima en las zonas cálidas secas es de < 250 mm al año.

• Las zonas cálidas húmedas registran la pluviosidad máxima, con un mínimo de 2.000 mm anuales.


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Figura 1.14 Pluviosidad a escala mundial [1]

2.4.2 Magnitudes importantes

Tal como se ha descrito anteriormente, la insolación incrementa la evaporación. Por consiguiente, las altas temperaturas comportan un elevado índice de evaporación, lo que provoca abundantes precipitaciones, y en las zonas cálidas cercanas al ecuador la humedad puede ser muy elevada. De todos modos, un gran número de zonas cálidas secas también registran altos índices de radiación solar, lo que puede secar la superficie terrestre y el aire; así pues, en los lugares donde la vegetación es escasa, hay poca humedad y se registra una importante variación de temperaturas.

2.4.3 De qué modo afecta la humedad relativa

La humedad atmosférica con frecuencia se denomina “humedad relativa”. Este concepto puede resultar difícil de entender porque la humedad relativa depende tanto de la temperatura del aire como de la cantidad efectiva de vapor de agua presente en el aire. Cuando la temperatura es elevada, el aire puede contener más vapor de agua que cuando se registran bajas temperaturas.

Por ejemplo: • Imaginemos 1 m³ de aire a una temperatura de 20 °C. Supongamos que este

aire contiene 7,36 g de vapor de agua por kg de aire seco. Esto significa que la humedad absoluta (HA) es de 7,36 g/kg.


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• La humedad relativa (HR) es tan sólo de un 50 %, puesto que la saturación (100 % de humedad relativa, HR) de aire a 20 °C es de 14,9 g/kg.

• Si el aire (20 °C, 50 % HR) se calienta hasta 30 °C, la HA se mantiene (7,36 g/kg), pero la HR se reduce hasta aproximadamente un 28 %, porque la saturación del aire a 30 °C es de 27,5 g/kg. ¡Estas correlaciones no son directas!

La humedad puede ser absorbida hasta que se alcanza la saturación de la temperatura real del aire.

Durante el día, sobre todo por la mañana, mientras la capa inferior de aire es calentado por la superficie, aumenta la evaporación, ya que el vapor puede ser asimilado por el aire caliente. Los vientos suavizan las diferencias que existen de temperatura del aire y humedad entre las capas inferiores y las superiores.

A medida que aumenta la temperatura y la humedad absoluta se mantiene, desciende la humedad relativa.

Por la tarde y durante la noche, la situación se invierte. Sobre todo en una noche clara en la que no sopla ni una gota de aire, a medida que la capa inferior se enfría, aumenta su humedad relativa. De este modo, pronto se alcanza el punto de saturación y se condensa el exceso de humedad en forma de rocío.

Cuando el aire alcanza la temperatura del punto de rocío, se empieza a formar niebla, y si no se produce un enfriamiento rápido y no hay ningún movimiento de aire, puede que se origine una gruesa capa de niebla cerca de la superficie.


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Figura 1.15 Ejemplo de una evolución de la humedad relativa durante el día en los meses de enero y julio [3]

3 CONTEXTO

3.1 UN DISEÑO RESPETUOSO CON EL MEDIO AMBIENTE

A finales del siglo XX se empezó a tomar conciencia de los problemas medioambientales, tanto en los organismos públicos o privados, como en el conjunto de la población. Concretamente, los focos de interés fueron, entre otros:

• la destrucción de la capa de ozono,

• el cambio climático provocado por la emisión de gases invernadero,

• la gestión de los residuos,

• la contaminación de los recursos hídricos,

• el almacenamiento de productos radioactivos,

• el agotamiento de los recursos naturales, y

• los ataques a la biodiversidad.

• etc...

Gracias a la militancia de algunas organizaciones ecologistas, se tomaron decisiones a escala internacional :

• 1972, Estocolmo: primera conferencia internacional sobre medio ambiente.

• 1987, protocolo de Montreal: protección de la capa de ozono mediante la prohibición de algunos refrigerantes.

• 1992, Río: introducción del concepto de desarrollo sostenible .

• 1997, protocolo de Kyoto: la lucha contra el cambio climático.

Estas organizaciones también consiguieron implementar una legislación medioambiental y cambios en la actividad industrial.

Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer en:

• información y educación;

• la formación de profesionales;

• el desarrollo de tecnologías que respeten el medio ambiente;

• la creación de un marco legal que se cumpla;

• la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías.

3.2 EFECTO INVERNADERO


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http://learn.unl.ac.uk/~tareb/notes/docs/docs/binary/chapitre5_2.html


http://learn.unl.ac.uk/~tareb/notes/docs/docs/binary/index.html


Entre los diferentes impactos que las actividades humanas causan en el medio ambiente, cabe citar las emisiones de gases de efecto invernadero, puesto que constituyen una importante amenaza para el medio ambiente a medio plazo. Quizá el mayor responsable de ellas sea el sector de la construcción, que consume grandes cantidades de energía y al que se atribuye el 20 % de las emisiones. Este sector produce emisiones de gases invernadero durante:

• el proceso de fabricación de materiales constitutivos (extracción, transformación, transporte...);

• el proceso de construcción (obra);

• el uso (calefacción, aire acondicionado, iluminación...).

Figura 1.16 Emisiones de gases invernadero por sectores (Ademe / PNICC)

1- contribución de diferentes sectores a las emisiones de gases de efecto invernadero en Francia (1996) 2- industria 3- transportes 4- construcción 5- agricultura 6- residuos 7-

producción de energía

Por supuesto, el efecto invernadero es tan sólo un impacto negativo que la actividad humana tiene en el medio ambiente, y cabe considerar muchos otros dentro del ámbito del “desarrollo sostenible”.

3.2.1 Explicación del fenómeno

El efecto invernadero es un fenómeno natural causado por la presencia de diferentes compuestos gaseosos en la atmósfera terrestre.

Una gran parte de la energía solar, principalmente radiación infrarroja próxima y radiación visible, logra atravesar la atmósfera y alcanza la superficie terrestre


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(la reflexión y la absorción son mínimas). Una mínima parte de esta radiación es reflejada por la superficie y regresa al espacio, mientras que el resto es absorbido por la superficie, por lo que ésta y las capas inferiores de la atmósfera se calientan (figura 1.17).

Figura 1.17 Inversiones de radiación en la atmósfera (Universidad de Manchester)

A continuación, la superficie, una vez calentada, emite energía de onda larga por radiación. Esta radiación atraviesa la atmósfera, donde algunos gases no son muy transparentes a la radiación infrarroja lejana. De este modo, una parte de la radiación de la superficie es absorbida o vuelve a ésta en vez de desaparecer en el espacio.

En un invernadero ocurre un fenómeno similar, puesto que su cubierta de cristal actúa de la misma forma: deja pasar la radiación visible del sol y absorbe la radiación infrarroja del suelo.

Existen una gran cantidad de gases invernadero, pero en la atmósfera terrestre los más importantes son el vapor de agua (entre un 3 % y un 4 %) y el dióxido de carbono (entre un 0,03 y un 0,04 %).

Gases Greenhouse effect

contributionH2O vapor de agua 55%

CO2 dióxido de carbono 39%

CH4 metano 2%

N2O óxido nitroso 2%


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O3 ozono 2%

Tabla 1.1 Gases que incrementan el efecto invernadero

La contribución del vapor de agua al efecto invernadero es considerada aparte, puesto que no es posible cuantificar de qué modo la actividad humana repercute en él. En cambio, el dióxido de carbono contribuye en gran medida a aumentar el efecto invernadero (figura 1.18).

Gases (a excepción del vapor de agua)

Contribución al efecto

invernadero(2001)

Gases(a excepción del vapor de agua)

Contribución al efecto

invernadero(2001)

CO2 69% H.F.C(hidrofluorocarbonos )

1,7%

CH4 13% P.F.C(perfluorocarbonos)

0,3%

N2O 16% SF6 0,4%

Figura 1.18 Contribuciones de diferentes gases invernadero por tipo (Ademe / CITEPA)

Figura 1.18 bis Contribuciones de diferentes gases invernadero por sectores (Ademe / CITEPA).

4- producción de electricidad 5- agricultura 6- industria 7- vivienda 8- transportes 9- gases de fluoruros


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3.2.2 Temperatura en superficie

La temperatura media de la Tierra a nivel de superficie terrestre está directamente relacionada con el balance energético entre la radiación solar absorbida y la radiación infrarroja emitida por la superficie (figura 1.19).

Figura 1.19, Balance energético de la atmósfera y la superficie (CNRS

1- atmósfera 2- superficie terrestre (océanos y continentes) 3- balance energético en [W/m²] 4- calentamiento de la atmósfera y de la superficie terrestre 5- calentamiento de la atmósfera

6- reemisión a la atmósfera 7- radiación solar 8- radiación de la superficie terrestre 9- transferencia de calor no radioactivo (evaporación, condensación, caudales de aire)

En términos generales, deberíamos estar satisfechos con el efecto invernadero. Sin él, la temperatura media de la superficie terrestre sería de 18 °C. Con la− composición actual de la atmósfera, la temperatura media es de unos 15 °C. (Nota: este valor es una media anual, para la que se ha tomado como referencia toda la superficie terrestre; evidentemente, la temperatura varía en función de la ubicación y el tiempo.)

3.2.3 Proporción de los gases invernadero en la atmósfera

El contenido de dióxido de carbono en la atmósfera es el resultado de un balance entre (figura 1.20):

• emisiones de CO2: conversiones químicas naturales que efectúan las

plantas y la tierra, aumento de salinidad de los océanos, actividad


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volcánica, incendios forestales, etc. El CO2 creado por la actividad

humana se añade a estas emisiones, básicamente mediante la combustión de combustibles fósiles (gas, carbón, petróleo),

• absorciones de CO2: almacenamiento por fotosíntesis en las plantas,

disolución en los océanos. Reciben el nombre de “sumideros de carbono".

Figura 1.20, El ciclo del carbono (Ademe / IPCC)

1- atmósfera 2- producción primaria (fotosíntesis y respiración incluidas) 3- cambio de la actividad de la superficie 4- producción de combustible fósil y cemento 5-

superficie de agua oceánica 6- vegetación, tierra y residuos orgánicos 7- sedimentos marinos

8- valores en mil millones de toneladas, balance + 3,3 giga toneladas al año

3.2.4 Evolución

El contenido de dióxido de carbono de la atmósfera no siempre ha sido el mismo. Gracias a las muestras de hielo tomadas, de las capas más profundas


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de los polos (figura 1.23), hemos podido remontarnos a más de quinientos mil años y establecer una relación entre:

• el contenido de CO2, calculado en las microburbujas de aire contenidas

en el hielo;

• la temperatura, determinada por la naturaleza de la cristalización durante la formación del hielo, la composición isotópica del agua y el contenido de oxígeno (figura 1.21).

Imagen 1.2.g bis– Evoluciones de la atmósfera (Universidad de Laval / IPCC / Ademe)

1- concentración de CO2 2- época glaciar illinoana 3- época interglaciar sangamoniana

4- época interglaciar actual 6- variaciones de temperatura 7- variación de CH4 8- época en

miles de años


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Figura 1.2.g bis– Evoluciones de la atmósfera (Universidad de Laval / IPCC / Ademe)

9- evoluciones del dióxido de carbono a lo largo del tiempo y las variaciones de temperatura 10- momento actual 11- años

Figura 1.21 1.22. Cambios en la composición de la atmósfera a lo largo del tiempo (Universidad de Laval / IPCC / Ademe)

1- concentración de CO2 2- época glaciar illinoana 3- época interglaciar sangamoniana

4- época interglaciar actual 6- variaciones de temperatura 7- variación de CH4 8- época en

miles de años 9- evoluciones del dióxido de carbono a lo largo del tiempo y las variaciones de temperatura 10- momento actual 11- años

Figura 1.23, Figure 1.2. Muestra del corazón de una masa de hielo (Ademe / IFRTP)


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Está relación queda bien demostrada mediante la modelación combinada del equilibrio térmico y el balance de dióxido de carbono en la Tierra (figuras 1.21 y 1.22).

Figura 1.24 Cambios recientes en el contenido de CO2 de la atmósfera (Universidad de Laval

/ IPCC),

1- según el modelo 2- según las temperaturas calculadas 3- fluctuaciones de temperatura 4- contribución natural y antrópica 5- año

No obstante, parece ser que la actividad humana es la responsable del rápido aumento de las concentraciones de CO2 (producción “antrópica”). De este

modo, en un siglo y medio la proporción de gases invernadero se ha incrementado en aproximadamente un 30 % desde 280 ppm hasta 360 ppm (ppm es la abreviatura de “partes por millón”, es decir, una millonésima parte del volumen). Ello ha significado una elevación de 0,6 [°K] en la temperatura media y un aumento del nivel del mar de 10 a 25 [cm] (por ejemplo, desde 1946 se ha registrado un aumento de 1 [°K] en la temperatura media en La Rochelle.

Esta variación es muy reciente en cuanto a velocidad y escala, puesto que la temperatura de la Tierra no varió más de 4 [°K] entre las épocas de glaciación y las cálidas a lo largo de los últimos 400.000 años.

La década de 1990 fue la más calurosa del siglo XX (figura 1.25). Los modelos prevén que durante el siglo XXI la temperatura media aumentará entre 1,5 y 5,8 [°K], mientras que las concentraciones de CO2 oscilarán entre 500 y 1.000

ppm. Aun así, el desconocimiento del estado exacto en que se encuentran los océanos, así como del marco que concernirá las futuras emisiones, todavía plantean muchas incertidumbres (figura 1.26).


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Figura 1.25 Cambios en la temperatura media mundial a lo largo de los últimos ciento cincuenta años (Universidad de Laval / IPCC)

1- temperatura en [°C] 2- años

Figura 1.26 Aumentos previstos en la temperatura mundial de acuerdo con diferentes situaciones (Universidad de Laval / IPCC)

3- año 4- variación de temperatura 5- las curvas corresponden a diferentes perspectivas

El Grupo Intergubernamental sobre la Evolución del Clima (GIEC, informe de 2002) considera previsibles las siguientes consecuencias:

• un aumento del nivel de los océanos comprendido entre un 0,1 y un 1 [m] (dilatación térmica, fundición de los hielos continentales);


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• un importante cambio climático;

• un impacto en la flora y fauna: desplazamiento de poblaciones o incluso su desaparición, ya que todas las especies tendrán que pagar un precio por adaptarse a un cambio climático tan repentino.

En Francia, se estima que la temperatura experimentará una variación media de unos + 2 [°K], pero puede que caiga en picado ( 4 [°K]) en la costa atlántica a− causa del debilitamiento de la corriente del Golfo. Se prevé una fuerte erosión marina y un notorio hundimiento de las extensiones de tierra. En invierno se prevén precipitaciones más abundantes (pero ausencia de nieve a alturas inferiores de 1.500 [m]) y sequías más acusadas en verano. En general, las lluvias aumentarán en el norte y disminuirán en el sur. Es posible que se extiendan las zonas pantanosas.

En toda la Tierra, el cambio climático generará ciento cincuenta millones de “refugiados” .

3.3 REDUCCIÓN DE LAS EMISIONES

3.3.1 Balance de las emisiones

Todos los gases de efecto invernadero no ejercen la misma influencia en el calentamiento global. El dióxido de carbono se toma como referencia para determinar el potencial de calentamiento global (PCG). Considerando los efectos a lo largo del mismo período (un siglo por lo general), es posible establecer las siguientes equivalencias:

GASES G.W.P100

CO2 1CH4 21N2O 310H.F.C (hidrofluorocarbonos )

De 140 a 11700

P.F.C (perfluorocarbonos )

De 6500 a 9200

SF6 23900

Tabla 1.3. Potencial de calentamiento global de diferentes gases de efecto invernadero

A partir de este coeficiente de equivalencia, es posible calcular una emisión en el “CO2 equivalente”.

De todos modos, esta metodología de PCG “relativo” con frecuencia es objeto de discusión porque apenas toma en consideración la vida del gas en la atmósfera. Así, por ejemplo, la acción del metano es relevante, pero tan sólo durante un período corto de tiempo, ya que el metano desaparece al cabo de


27



unos doce años (lluvia, disociación, recombinación, absorción), mientras que la acción del CO2 puede prolongarse hasta doscientos años. En consecuencia, no

se tiene en cuenta el efecto que causa el CO2 en total a lo largo de un siglo, a

diferencia de lo que ocurre en el caso del CH4. Sucede lo mismo con algunos

refrigerantes (R13A, cuya vida es de catorce años), mientras que la acción muy prolongada de determinados halocarbonos (hasta 50.000 años) no queda reflejada correctamente.

Este hecho da lugar a discrepancias en torno al valor del PCG (imagen 1.3.a), por lo que sería mejor introducir un PCG “absoluto” a partir del efecto radioactivo acumulado durante toda la vida de los gases.

GASES G.W.P20 G.W.P100 G.W.P500

CH4 35 11 4N2O 260 270 170

Tabla 1.4. PCG a lo largo de diferentes períodos de tiempo (IPCC)

La combinación de carbono:

C + O2 → CO2

ida como resultado 44 [g] de dióxido de carbono (12 + 2 ´ 16) para 12 [g] de carbono. La proporción:

1244

=0.2727

se toma como punto de partida para la definición del “carbono equivalente”:

1 Tonelada CO2 ⇔ 0,2727 Tonelada de Carbono

La evaluación de las emisiones a partir del “carbono equivalente” puede ser utilizada en un futuro para fijar un impuesto para la protección del medio ambiente.

3.3.2 Desigualdades en las emisiones

Se ha calculado que una emisión de 500 [ kg ] de carbono equivalente per cápita y por año (1,8 toneladas de CO2 equivalente) puede formar parte del

ciclo del carbón sin que haga aumentar de forma continuada el efecto invernadero.

Todos los países desarrollados superan este límite (tabla 1.5).


28


PAÍSES Emisión anual de CO2 equivalente

(CO2+CH 4+N 2O)en millones de toneladas

1990 1998

Alemania (DEU) 1201 1012

Italia (ITA) 515 541

España (ESP) 302 325

Reino Unido (GBR) 759 684

Suecia (SWE) 69,5 63,3

Francia (FRA) 632 641

Unión Europea (EU) 4159 4055

Estados Unidos (USA) 5903 6514 (1997)

Canadá (CAN) 591 675 (1996)

Japón (JPN) 1175 1280 (1997)

Rusia (RUS) 2999 2111 (1994)

Tabla 1.5. Emisiones anuales de emisiones de carbón por países (CITEPA, 2003)

La emisión media de los países industrializados es de aproximadamente 5 toneladas de CO2 equivalente por año y per cápita; en tan sólo tres países esta

cifra se reduce a 0,4 toneladas (tabla 1.6 y figura 1.27).

PAÍSES (1998)

Emisiones anuales de CO2

equivalente (CO2+CH 4+N 2O)

en toneladas por habitante Irlanda (IRL) 17,22Luxemburgo (LUX) 14,75Finlandia (FIN) 14,62Países Bajos (NDL) 14,30Dinamarca (DNK) 14,26Bélgica (BEL) 14,18Alemania (DEU) 12,34Reino Unido (GBR) 11,52Francia (FRA) 10,49Austria (AUT) 9,69Italia (ITA) 9,15España (ESP) 8,24Suecia (SWE) 7,79Portugal (PRT) 7,49


29


Unión Europea (EU) 10,74Estados Unidos (1997) (USA)

23,90

Canadá (1996) (CAN) 22,05Japón (1997) (JPN) 10,11Rusia (1994) (RUS) 14,36

Tabla 1.6. Emisiones de carbono per cápita por país(CITEPA, 2003)

Figura 1.27. Emisiones de carbono per cápita y producto interior bruto (unidad relativa) (Ademe / EnerData)

1- Emisiones de CO2 y producto interior bruto (PIB) por habitante (1995)

2- CO2 en toneladas per cápita 3- PIB per cápita

El 15 % de la población del planeta emite el 50 % de los gases invernadero (Banco Mundial), o, dicho de otro modo, el 25 % de la población emite el 75 % de los gases de efecto invernadero (CITEPA).

Francia se encuentra en una posición intermedia respecto a sus vecinos, con una emisión media de 2.000 [kg] de carbono equivalente per cápita y por año.

3.3.3 Compromisos

Las “cumbres sobre la Tierra”, la primera de las cuales tuvo lugar en Río en el año 1992, pusieron de manifiesto la toma de conciencia a nivel internacional acerca del cambio climático.


30


El objetivo del protocolo de Kyoto (1997) fue reducir las emisiones de gases invernadero en treinta y ocho países industrializados (tabla 1.7). Para el año 2010, la Unión Europea (quince países) tendrá que haber reducido sus emisiones en un 8 % respecto al 1990 (objetivo que debe cumplir entre el 2008 y el 2012). India y China, países que pueden ser grandes emisores de dichos gases en un futuro, no han contraído obligaciones hasta el 2012.

PAÍSES OBJETIVO (Respecto a 1990)

Luxemburgo (LUX) - 27%Alemania (DEU) - 21%Austria (AUT) - 13%Reino Unido (GBR) - 12,5%Bélgica (BEL) - 7,5%Italia (ITA) - 6,5%Países Bajos (NLD) - 6%Finlandia (FIN) 0Francia (FRA) 0Suecia (SWE) +4%Irlanda (IRL) +13%España (ESP) +15%Grecia (GRC) +25%Portugal (PRT) +27%Valor medio U.E - 8%

Tabla 1.7. Reducción de las emisiones de carbono en los países europeos previstos en el protocolo de Kyoto (Ademe)


31


Figura 1.28. Representación gráfica de los cambios acordados en Kyoto

3- emisión de gases de efecto invernadero respecto al PIB 4- CO2 equivalente en toneladas

por habitante 5- PIB por habitante

Francia, con la ayuda de sus centrales hidroeléctricas y nucleares, deberá estabilizar sus emisiones en los niveles del año 1990. Tomando en cuenta el crecimiento previsto para este período, será necesario aumentar en aproximadamente un 20 % la eficacia energética total obtenida mediante combustibles fósiles a fin de lograr este resultado (figura 1.29).

Evolución del CO2 en Francia (madre patria) en millones de toneladas

90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01504 530 514 486 478 490 503 490 504 484 484 477

Figura 1.29. Cambios en la producción de CO2 durante los años 1990- 2001 (Ademe /

CITEPA)


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Figura 1.29 bis. Cambios en la producción de CO2 en Francia durante los años 1990- 2001

(Ademe / CITEPA) 2- gases 3- emisiones en Francia 4- emisiones en Francia de CO2

equivalente

No se puede decir que la cumbre de La Haya (2000) lograra definir los métodos para implementar el protocolo de Kyoto. En Bonn (2001), la comunidad internacional fijó dichos métodos, a pesar de la negativa de los Estados Unidos de América.

En Marrakech (2001) se adoptó la normativa legal necesaria para la ratificación y el marco eficaz del Protocolo.

Con las obligaciones de reducir las emisiones, se autorizó un “mercado de permisos de emisiones” entre los países industrializados y los países en desarrollo. Asimismo, un país en desarrollo podía compensar los excesos de emisiones con inversiones en industrias no contaminantes (con la excepción de la energía nuclear).

El ritmo actual de reducción de emisiones de CO2 no es nada esperanzador. La

Agencia Internacional de la Energía informa que desde el 1990 hasta el 2000 el aumento fue de + 13 % y sugiere que, a este ritmo, todos los países industrializados registrarán un incremento + 29 % en lugar de la deseada reducción del 5,2 %.

3.3.4 Acciones

Se pueden llevar a cabo numerosas acciones, tales como:

• aumentar la proporción de energías renovables (que implican cero emisiones o, en el peor de los casos, un bajo índice de emisiones) en la producción de electricidad y calefacción;

• potenciar la eficacia energética en los procesos industriales y producción energética; production,

• realizar un mejor control de los procesos industriales;

• fomentar el ahorro energético, básico para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Para ello, es imprescindible:

• aplicar una normativa más estricta tanto a nivel europeo como nacional;

• fomentar una nueva política de investigación y desarrollo;

• aprobar unos beneficios fiscales o ayudas financieras concretas, o grabar impuestos sobre las emisiones;

• informar y educar a la población.


33


Hoy en día, parece difícil que Francia logre cumplir los compromisos contraídos si no intensifica sus esfuerzos.

3.3.5 Polémica

El cambio climático siempre es objeto de polémica entre la comunidad científica, por un lado, y los políticos, por el otro.

Desde un punto de vista científico, el informe sobre el calentamiento global está actualmente refrendado por casi toda la comunidad científica. Sin embargo, existen discrepancias acerca de qué modo repercuten las emisiones de CO2 producidas por la actividad humana en la variación natural del clima.

Hasta qué punto influye el efecto invernadero en el clima también es objeto de diferentes hipótesis, desde las más catastrofistas hasta las que abogan por la gran capacidad de adaptación de la naturaleza (y de los seres humanos).

Desde un punto de vista político, no se puede menospreciar la influencia que ejercen los grupos de presión industriales (compañías petroleras y mineras, industria nuclear). Además, el cumplimiento del protocolo de Kyoto conlleva un coste social y económico (de por lo menos mil millones de dólares) y un replanteamiento del estilo de vida consumista, que difícilmente aceptarán los habitantes de los países industrializados.

Finalmente, aparte de las incertidumbres, el beneficio medioambiental que supone el protocolo de Kyoto no es muy notable, puesto que se calcula que en el año 2100 la temperatura media tan sólo se habrá reducido 0,15 [°K], lo que retrasaría el calentamiento global no más de cuatro o cinco años. Estados Unidos, por ejemplo, considera que el esfuerzo es desproporcionado en comparación con el resultado previsto.

En cualquier caso, incluso si la realidad contradijera las consecuencias de calentamiento que prevé la visión más alarmista, es necesario:

• reducir el coste que supone el calentamiento mediante el ahorro energético;

• hacer un uso racional de los combustibles fósiles, que son recursos limitados;

• evitar la contaminación ambiental;

• desarrollar tecnologías alternativas.

Cumplir estos objetivos es realmente necesario si queremos que la humanidad no se haya extinguido en el año 2100...

4 CONSTRUCCIONES Y MEDIO AMBIENTE

4.1 ESCALA TEMPORAL


34



En la mayoría de los casos, un edificio tiene una vida útil de entre cincuenta y cien años. Para ser completo, el análisis de impactos ambientales debe considerar todo el “ciclo vital” del edificio. Se deben distinguir tres períodos:

4.1.1 Tiempo de construcción

Si bien se trata de un período de tiempo muy breve (un año o dos), puede tener un impacto medioambiental importante, ya que hay que tener en cuenta las molestias que origina la obra (ruido, polvo, alteración del tráfico urbano), así como el impacto que tienen la fabricación y el transporte de materiales al lugar (elaboración de materiales, consumo de agua, contaminación y residuos).

4.1.2 Tiempo de utilización

Es el período más largo, en el que la interacción con el medio ambiente tiene lugar principalmente a través de las instalaciones técnicas (calefacción, aire acondicionado, instalaciones sanitarias) y la gestión de los residuos domésticos. También se debe tener presente que, durante este período, se incorporarán nuevos equipos para sustituir los accesorios defectuosos, así como para modernizar y mejorar las instalaciones del edific io.

El impacto medioambiental que tienen las incorporaciones posteriores de nuevos equipos debe merecer la misma consideración que las realizadas durante el tiempo de construcción; así, es preciso tomar en cuenta que éstas suelen comportar una fase de demolición y que ofrecen la oportunidad de modificar algunas decisiones tomadas al principio (mejora del aislamiento, cambio del sistema de calefacción, etc.).

4.1.3 Fase de demolición

Es un período muy breve, que puede conllevar una contaminación medioambiental notable. Se pueden reducir sus efectos si se concibe, por ejemplo, la posibilidad de llevar a cabo una “deconstrucción” organizada, o bien si se prevé el reciclaje o el uso de materiales biodegradables.

De todos modos, como los edificios tienen una vida útil muy larga, las técnicas que ofrecerá el mercado en la fase de demolición no estarán demasiado avanzadas en la fase de diseño (el uso de amianto, por ejemplo, es hoy en día muy limitado).

4.2 ESCALA ESPACIAL

Un edificio presenta tres espacios diferenciados, que se evalúan según unos parámetros medioambientales distintos:

4.2.1 Espacio interior

Es en este espacio donde creamos un clima controlado que debe satisfacer muchos criterios interdependientes relativos a la comodidad y la salud


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(térmicos, acústicos, lumínicos). Este aspecto es muy importante porque los seres humanos pasan la mayor parte de su vida en estos espacios artificiales.

4.2.2 Espacio urbano

Es el entorno inmediato al edificio. En este espacio, se deben tomar en consideración un gran número de aspectos medioambientales (la contaminación atmosférica del lugar, el ruido, la gestión de los residuos, los recursos hídricos…). En este espacio también aparecen las relaciones con la ciudad (el microclima urbano, por ejemplo).

4.2.3 Espacio terrestre

En este espacio se localizan los efectos globales. Comprende el uso de materias primas para la fabricación de productos para la construcción y el uso de reservas de energía fósil. Incluye también el impacto que tienen en el clima las emisiones de gases de efecto invernadero, o el que causan en la capa de ozono los gases halógenos .

4.2.4 Conclusión

El análisis de los impactos medioambientales debe, por tanto, considerar estos tres espacios. De lo contrario, existe el riesgo de que se produzca algún tipo de transferencia de contaminación de unos a otros. Éste es el caso, por ejemplo, del uso de la electricidad para calentar espacios, que mejora de un modo considerable el ambiente interior, pero a su vez supone un impacto medioambiental enorme (central eléctrica de bajo rendimiento y gestión de los residuos nucleares).

Para más información sobre el impacto medioambiental que tienen los edificios, ver el capítulo 5 del informe hasta el módulo troncal “Arquitectura de bajo consumo energético” .

5 LA ENERGÍA EN LOS EDIFICIOS

5.1 OBJETIVOS ENERGÉTICOS

Todavía resulta muy difícil considerar todo el conjunto de parámetros medioambientales que intervienen a lo largo del ciclo vital y en todos los tipos de espacios. Se han ideado algunas herramientas para este fin, pero nunca se dispone de toda la información.


36



Por ejemplo, el nivel de contenido energético de los materiales de construcción incluye (figura 1.30):

• la extracción de materia prima,

• la fabricación de los materiales de construcción, y

• su utilización.

Figura 1.30. Contenido energético relativo de diferentes materiales de construcción (Liebard y De Herdre / LESO)

1- madera maciza 2- ladrillo 3- bloque de cemento 4- hormigón 5- barras de acero 6- aluminio 7- poliuretano 8- vidrio 9- contenido energético de diferentes materiales de

construcción

Esta energía influye de un modo directo en las emisiones de CO2 que

desprende el edificio, incluso antes de ser utilizado (tabla 1.8).


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Tabla 1.8. Comparación de un edificio tradicional con uno construido con materiales que tienen un bajo contenido energético (Liebard y De Herdre / EHT / Mines de Paris)

1- casa tradicional 2- materiales 3- madera 4- hormigón 5- láminas de fibra de cemento 6- lana mineral 7- baldosas

8- aberturas de aluminio 9- volumen o superficie 10- densidad 11- emisión de CO2 equivalente por metro cuadrado habitable 12- casa para cuya

construcción se han utilizado básicamente materiales vegetales 13- baldosas 14- tablero de lino 15- pasta de madera para suelos 16- aberturas de madera

17- acumulación de CO2 equivalente por metro cuadrado habitable

18- diferencia de balance de carbono entre una casa tradicional y una casa para cuya construcción se han usado básicamente materiales vegetales superficie habitable 150 [m²], volumen 375 [m3]

La cantidad de energía necesaria para la construcción y deconstrucción del edificio y el nivel de contenido energético de los materiales no se puede calcular con exactitud, pero es pequeña en comparación con la cantidad de energía consumida durante su período de utilización. Por ejemplo, el contenido energético de la lana mineral empleada para el aislamiento equivale a la energía que se ahorra por aislamiento durante tan sólo un mes de invierno.

Entre los objetivos a los que debe aspirar la calidad medioambiental en la construcción, se pueden definir tres objetivos clave relacionados (tabla 1.9 y figura 1.31):

• tratamiento de la energía,

• confort higrotérmico,


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• calidad del aire interior.

GESTIÓN DE LOS IMPACTOS MEDIOAMBIENTALES EN EL EXTERIOR

Objetivos para una construcción sostenible

Objetivo 1: Relación armónica de los edificios con el medio ambiente

- Utilización de las oportunidades que ofrecen el lugar y los alrededores.

- Gestión de las ventajas y desventajas que ofrece la parcela.

- Organización de la parcela a fin de crear un ambiente agradable.

- Reduction of nuisance risks between building, neighborhood and site

Objetivo 2: Opción integrada del proceso de construcción y los materiales

- Adaptabilidad y durabilidad de los edificios.

- Elección del proceso de construcción.

- Elección de los materiales de construcción.

Objetivo 3: Obras de bajo impacto

- Tratamiento diferenciado de los residuos producidos por las obras.

- Reducción del índice de ruido causado por las obras.

- Reducción de la contaminación en la parcela y en los alrededores.

- Control de todos los impactos que puedan ocasionar las obras.

Objetivos relacionados con una gestión sostenible

Objetivo 4: Gestión de la energía

- Gran reducción de la demanda y necesidades de energía

- Uso notablemente sostenible de la energía

- Gran eficiencia energética de los mecanismos

- Uso de un generador limpio en caso de que se emplee un generador de combustión

Objetivo 5: Gestión del agua

- Tratamiento del agua potable

- Uso del agua no potable

- Compromiso de purificar las aguas residuales

- Contribución a tratar el agua de lluvia

Objetivo 6: Tratamiento de los residuos derivados de la actividad

- Diseño de un espacio para tratar los residuos adaptado al sistema recolector actual y el que probablemente haya en el futuro

- Gestión de los diferentes residuos derivados de la actividad, adaptado al


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actual sistema recolector

Objetivo 7: Mantenimiento

- Optimización del mantenimiento

- Servicios de gestión eficientes y implementación de sistemas de mantenimiento

- Control del impacto medioambiental mediante sistemas de mantenimiento

CREACIÓN DE UN AMBIENTE INTERIOR SATISFACTORIO

Objetivos relacionados con el confort

Objetivo 8: Confort higrotérmico

- Exigencia de mantener el confort higrotérmico

- Homogeneidad higrotérmica en los alrededores

- Zonificación higrotérmica

Objetivo 9: Confort acústico

- Corrección acústica

- Aislamiento acústico

- Amortiguación de los ruidos mediante mecanismos

- Zonificación acústica

Objetivo 10

- Contacto visual satisfactorio con el exterior.

- Iluminación natural optimizada de acuerdo con el confort y el coste energético.

- Iluminación artificial satisfactoria además de la iluminación natural.

Objetivo 11: Confort olfativo

- Reducción de las fuentes de malos olores

- Existencia de una ventilación que evacue los malos olores

Objetivos relacionados con la salud

Objetivo 12: Condiciones de salud

- Creación de unas características ambientales en el interior satisfactorias (además de la calidad ambiental en el interior)

- Creación de unas condiciones saludables

- Óptimo sistema de limpieza y recolección

- Cuidado de la salud

- Implantación de instalaciones para personas discapacitadas


40


Objetivo 13: Calidad del aire

- Evaluación del riesgo de contaminación pueda tener el material de construcción

- Sistemas para el tratamiento del riesgo de contaminación

- Mantenimiento o actualización de la gestión del riesgo de contaminación

- Tratamiento del riesgo de contaminación por radón

- Tratamiento del riesgo de contaminación del aire fresco.

- Ventilación para una buena calidad del aire

Objetivo 14: Calidad del agua

- Protección de la red pública de agua potable

- Mantenimiento de la calidad del agua potable en el edificio

- Posterior mejora de la calidad del agua potable

- Posterior tratamiento del agua no potable

- Tratamiento del riesgo que pueda tener la red de agua no potable en el interior

Tabla 1.9. Consideraciones para el ambiente interno y externo de los edificios (Asociación HQE)

Figura 1.31. Objetivos que debe cumplir un buen edificio (Asociación HQE)

5- confort 6- salud 7- mecanismos energéticos, mecanismos de ventilación, dispositivos de saneamiento, mecanismos para desechar residuos 8- además de las exigencias de confort

que se tienen en cuenta en la calidad ambiental, no se deben olvidar las exigencias de seguridad y el confort previsto 9- energías, aire fresco, aire viciado, agua, aguas residuales,

residuos 10- otros edificios y dispositivos de la parcela 11- parcela, alrededores, lugar

5.2 GESTIÓN DE LA ENERGÍA


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En Francia (pero también en la Unión Europea), el consumo energético del sector de la construcción representa más del 40 % de la energía final (imagen 3.2.a e imagen 3.2.b), de la que dos terceras partes son destinadas a la calefacción, aire acondicionado y agua caliente para uso doméstico, mientras que el resto es destinado a la iluminación y electrodomésticos (imagen 3.2.c).


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Tabla 1.10, tabla 1.11, figura 1.32 (Ministerio francés de Economía, Hacienda e Industria )

1- consumo final de energía en Francia según sectores (cifras desestacionalizadas) 2- estructura sectorial del consumo final de energía en Francia (cifras desestacionalizadas)

3- índice de desarrollo anual medio 4- variación anual media 5- in megatoneladas de petróleo equivalente (TPE)

6- industria 7- la metalurgia del hierro y acero incluye 8- sector residencial y terciario 9- agricultura

10- transportes 11- total energético 12 no energético 13- total 14- la metalurgia del hierro y el acero no incluye

15- consumo final de energía en Francia en los años 1973, 1990, 2002 y 2003 (cifras desestacionalizadas en TPE)

16- consumo final de energía en Francia de acuerdo con el tipo de energía (cifras desestacionalizadas)

7- estructura energética del consumo final de energía en Francia (cifras desestacionalizadas) 18- carbón 19- petróleo 20- gas

21- electricidad 22- energías térmicas renovables 23- energías hidráulica, eólica y fotovoltaica no incluidas


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Figura 1.33. Uso energético según el tipo de edificio y la fuente (Ademe)

1- sector residencial y terciario 2- residencial 3- sector terciario 4- carbón 5- otros 6- madera 7- petróleo 8- energías renovables 9- electricidad 10- gas


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Figura 1.34. Cambios en el uso energético (Francia) (Ministerio francés de Economía, Hacienda e Industria)

1- calefacción 2- electricidad específica 3- agua caliente para uso doméstico - 4 uso culinario

Cabe señalar el destacado papel que tiene la electricidad en la producción de energía, si bien le siguen de cerca el petróleo y el gas (figura 1.35)

Figura 1.35. Cambios en la fuente energética (Francia) (Ademe)

1- sector terciario 2- residencial 3- otros 4- electricidad 5- gas 6- petróleo 7- madera 8- red de calefacción urbana/otras 9- carbón 10- gas licuado de petróleo


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Si consideramos el impacto a escala local o mundial de este consumo energético, alrededor del 20 % de las emisiones de efecto invernadero (figura 1.36), podemos apreciar hasta qué punto es importante gestionarlo a fin de reducir (estabilizar) sus repercusiones medioambientales (contaminación, agotamiento de recursos).

Figura 1.36. Fuente energética y emisiones de CO2 asociadas en diferentes tipos de edificio

(Ministerio francés de Economía, Hacienda e Industria).

1- emisiones de CO2 en Francia (cifras desestacionalizadas) en millones de toneladas de

carbono 2- otras (sector energético) 3- centrales eléctricas 4- industria y agricultura 5- sector residencial y terciario

6- transportes (a excepción del almacenamiento)

Nota: con el empleo de las “toneladas de petróleo equivalente” (TPE), es posible sumar y comparar energías de diferentes orígenes (tabla 1.12).


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Tabla 1.12 (Ministerio francés de Economía, Hacienda e Industria)

1- energía 2- carbón 3- productos derivados del petróleo 4- electricidad 5- madera 6- gases naturales e industriales 7- unidad física

8- TPE (baja energía calorífica) 21- carbón 22- carbón de coque 23- conglomerado y briquetas de lignito

24- lignito y productos de recuperación 31- petróleo crudo, aceite diesel y fuelóleo 32- productos no energéticos

33- gas licuado de petróleo 34- gasolina para motores de explosión y a reacción 35- fuelóleo pesado 36- coque de petróleo 41- producción nuclear

42- producción geotérmica 43- otras producciones 44- intercambios externos

5.3 CONFORT HIGROTÉRMICO

El consumo energético para calefacción y aire acondicionados depende directamente del estado del interior del edificio (imagen 3.3. a).


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Figura 1.37. Dependencia del uso energético de la temperatura interior (simulación con el programa Codyba).

1- cálculo con el programa Codyba 2- temperatura interior 3- necesidades energéticas 4- diferencia 5- variación

Por ejemplo, cuando la calefacción está permanentemente encendida, si se baja 1 [°C] la temperatura interior (de 20 [°C] a 19 [°C], por ejemplo) se consigue un ahorro energético generalmente superior al 10 %.

Asimismo, programar una temperatura más baja por la noche, o durante los períodos en que la vivienda no está habitada, es un medio eficaz para ahorrar energía sin que ello repercuta en el bienestar de sus inquilinos.

Realizar un cálculo meticuloso del interior de una vivienda es muy importante para evaluar el consumo. Mediante varios parámetros, como por ejemplo la norma EN-ISO 7730, se pueden escoger valores de referencia según la ropa que lleven los ocupantes (figura 1.38). El segundo capítulo de este informe aborda ideas acerca de cómo proporcionar bienestar y confort y calidad ambiental en el interior.


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Figura 1.38. Combinaciones de condiciones para el bienestar de acuerdo con la norma (OSI/ISO Ginebra).

1- Curvas de bienestar en una vivienda real.

5.4 CALIDAD AMBIENTAL EN EL INTERIOR

Para mantener una calidad ambiental en el interior aceptable, es preciso saber:


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• cuál es naturaleza y la acción de los contaminantes hallados en el edificio;

• cuáles son los límites permitidos, tomando en consideración la acción combinada de los contaminantes y el tiempo de exposición;

• de qué sistemas se dispone para mantener la calidad del ambiente interior dentro de unos límites aceptables.

Este último aspecto suele requerir una ventilación natural o mecánica. Conocer con exactitud estos mecanismos permite al ocupante:

• reducir al mínimo el consumo energético derivado de la ventilación mecánica;

• optimizar la circulación del aire exterior, lo que, entre otras cosas, comporta una reducción del consumo energético en calefacción o aire acondicionado.

Muchas instalaciones utilizan un equipo de renovación de aire, que varía según la producción de emisiones contaminantes (imagen 3.4. a).

Figura 1.39. Cambios en el índice de ventilación para satisfacer a los inquilinos (Cetiat)

1- día 06/28 /99 2- CO2 en el interior calculado en partes por millón por m3 de aire 3-

equipo de renovación de aire 4- cinco personas


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Sin duda, el número de ocupantes de un edificio puede variar notablemente durante un día, por lo que no es preciso mantener la máxima ventilación de aire (figura 1.40).

Figura 1.40. Variación en la cifra de ocupantes (revista Clim Pratique)

1- hora 2- número de personas en la habitación 3- del 7 al 13 de enero 4- reducción de la circulación de aire

5- el número de ocupantes varía en gran medida durante el día 6- sin que influya de un modo perceptible en la habitación, se puede reducir de forma

significativa el tiempo de ventilación.

Un control eficaz puede basarse en (tabla 1.12):

• un programa de renovación de aire adaptado al número de ocupantes del edificio (control selectivo);

• un recuento del número de ocupantes (torno para controlar los accesos);

• un detector de presencia en el edificio (tipo de detectores utilizados para los controles de seguridad);

• un indicador del índice de contaminación en el edificio, como la humedad (ventilador regulado por la humedad) o del contenido de dióxido de carbono en el aire (análisis de calidad del aire).


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Tabla 1.12. Cuadro de requisitos para una buena calidad ambiental en el interior de diferentes tipos de edificios (Cetiat)

1- control máximo o inexistente 2- control 3- uso 4- detección de presencia 5- óptico 6- sensor de CO2

7- humedad 8- temperatura 9- sensor de CO 10- otros 11- oficinas 12- salas de reunión 13- restaurantes

14- lugares públicos 15- hoteles/habitaciones 16- aparcamientos, garajes 17- recuento 18- opacidad 19- multigases

20- según el uso (ver arriba) 21- diferenciación entre un ambiente de fumadores / ambiente de no fumadores: se puede

emplear un sensor multigases junto con otros sistemas para registrar la ocupación real 22- especialmente recomendados 23- satisfactorio 24- inadecuado

Mediante los ventiladores con motor de velocidad variable se puede ahorrar una gran cantidad de energía eléctrica. El consumo energético de un ventilador es más o menos proporcional al caudal de aire elevado al cubo. Por consiguiente, dividiendo por dos el caudal de aire se divide por ocho el consumo eléctrico.

6 ECURSOS ENERGÉTICOS

6.1 ENERGÍAS FÓSILES

Para satisfacer las necesidades energéticas de los edificios, se pueden emplear muchas clases de energía.


52




Los combustibles fósiles se forman por un largo proceso (de millones de años de duración) de fosilización de seres vivos enterrados. Se pueden citar como ejemplos:

• vla vegetación se transforma en carbón, desde el lignito (el menos elaborado) hasta la antracita (el más puro);

• el plancton se transforma en petróleo o bien en gas natural.

Desde un punto de vista medioambiental, la utilización de combustibles fósiles presenta dos problemas principales:

• el agotamiento de unas reservas que son limitadas (tabla 1.13), y el impacto a nivel local de las extracciones mineras;

• las emisiones a la atmósfera de gas de efecto invernadero (CO2) (tabla

1.14).

Combustible Duración residual para la explotación de reservas

Con el mismo índice de consumo y el mismo coste de extracción

estimación 1978

estimación 2000

Carbón 230 años Petróleo 28 años 42 años Gas natural 47 años 60 años Uranio 50 años

Tabla 1.13. Reservas de combustibles fósiles y su duración (UFIP / CEA)

emisiones de CO2

[kg/kWh]Incremento de electricidad durante el invierno en Francia

0,383

Electricidad media anual en Francia 0,066Gas natural 0,200Petróleo 0,270Carbón 0,360Madera (ciclo del carbono a corto plazo)

0,360

Tabla 1.14. Emisiones según el tipo de combustible (Ademe)

De todos modos, el impacto medioambiental de los combustibles fósiles se puede reducir mediante:

• el uso de combustible de mayor calidad (por ejemplo, se puede reducir la cantidad de sulfuro que contiene el combustible);


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• una mayor eficacia energética del equipo (tabla 1.15). En el caso de las calderas de tamaño medio, existe una normativa que establece una eficacia mínima (tabla 1.16);

• la optimización del control del equipo, por ejemplo, mediante la instalación de un sistema centralizado de gestión del edificio.

Evolución de la eficacia de las calderas que consumen combustible líquido

Equipo de calefacción doméstica

1965 1975 2000

Eficacia media anual 54% 70% 92%CO2 [gCO2/kW.hútil ] 493 380 289

SO2 [gSO2/kW.hútil ] 2,415 1,28 0,354

Tabla 1.15. Eficacia del combustible en diferentes equipos (UFIP)

Caldera Eficacia para una capacidad nominal PN

Eficacia para una capacidad reducida en un 30 %

[ ]kWPN 400≤ Temperatura media del

agua [°C]

Requisitos de eficacia %

Temperatura media del

agua [°C]

Requisitos de eficacia %

Caldera común 70 NLogP284 +≥ 50≥NLogP380 +≥

Caldera de baja temperatura

70 NLogP5,15,87 +≥ 40 NLogP5,15,87 +≥

Caldera de condensación

70 NLogP+≥ 91 30entrada

NLogP+≥ 97

Tabla 1.16. Eficacia de salida de calderas (Directiva europea 92/42, orden del 9/5 /94)

6.2 ENERGÍAS RENOVABLES

6.2.1 Definición

Una energía renovable es una fuente de energía de la que se puede disponer de forma natural en cantidades ilimitadas y cuyo suministro es continuado e indefinido. A modo de ejemplo se puede citar:

• la energía solar,

• la energía eólica,

• la biomasa (que se renueva con el crecimiento de la vegetación);

• la energía hidráulica y

• la energía geotérmica.


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Estas energías no se regeneran necesariamente de forma inmediata. Por ejemplo, la paja tarda un año en volver a crecer y la madera, de veinte a cincuenta años, y la geotermia tarda varios siglos en regenerarse.

Por el contrario, el carbón, el gas y el petróleo no son renovables porque ya no volverán a darse las condiciones que permitieron su formación.

6.2.2 Interés

El interés en el uso de las energías renovables radica en lo siguiente:

• no depende de unas reservas limitadas (desarrollo sostenible), y

• apenas contamina el aire, tanto a nivel local como mundial.

Sin embargo, este último punto es discutible, puesto que la producción de energía solar, hidráulica y eólica requiere unos mecanismos cuyo ciclo vital completo debe ser tomado en cuenta (este ciclo incluye la fabricación, el posible uso de pilas eléctricas, el derribo de la instalación, la utilización de materiales con un alto contenido energético como el aluminio, etc.).

En el caso de la biomasa, ya sea con la combustión de madera, ya sea con el biogás (mezcla de metano y dióxido de carbono) generado a partir de la transformación de residuos, se produce una emisión de contaminantes a la atmósfera; por tanto, existe un impacto medioambiental a nivel local. A pesar de ello, el impacto a escala mundial es bastante insignificante, puesto que el CO2 que se haya liberado se tomará de la atmósfera durante la fotosíntesis. Se

trata, pues, de un ciclo del carbono de varias décadas de duración (figura 1.41).


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Figura 1.41. El ciclo del carbono (Comback).

1- dióxido de carbono 2- oxígeno 3- leña 4- cenizas 5- sales minerales 6- descomposición de la madera 7- hojas

El problema es más complejo en el caso de la energía geotérmica, dado que consume una gran cantidad de electricidad, sobre todo en la reinyección a gran profundidad de agua usada procedente de fuentes geotérmicas. Es preciso reinyectar esta agua para evitar la contaminación del suelo y de las aguas superficiales (el agua procedente de fuentes geotérmicas es sulfurosa y contiene un elevado índice de sales minerales), pero también para conservar las características de la explotación (presión del acuífero). Este consumo eléctrico es importante en el equilibrio medioambiental de la energía geotérmica, pero la producción de electricidad por cogeneración supone una disminución general del impacto a nivel mundial, incluso si aumenta el impacto a nivel local.

6.3 IMPORTANCIA DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES

La importancia que representan las energías renovables en el consumo energético total varía mucho de un país a otro (tabla 1.17).

PAÍSES Proporción de energía renovable

en el consumo

Observaciones

Valor medio para la UE (quince países)

6%(84,6 [M TPE])

producción eléctrica incluida

Francia (FRA) 6% gracias a la hidráulica


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(17,6 [M TPE]) Suecia (SWE) 28%

(13,5 [M TPE]) valor máximo

Reino Unido (GBR) 2% valor mínimo

Tabla 1.17. Índice de producción eléctrica por energías renovables en diferentes países (Dirección General de la Energía)

A pesar de los índices en la Unión Europea, en las últimas cumbres internacionales se ha manifestado claramente una voluntad por desarrollar las energías renovables. El objetivo para el 2010 es que el porcentaje de dichas energías sea de hasta un 12 % del consumo energético total (tabla 1.18).

UNIÓN EUROPEA: energías renovables (millones de TPE) Tipo 1995 2000 2010 ?

Energía eólica 0,35 1,83 6,89Hidráulica 24,8 27 28,8Fotovoltaica 0,002 0,011 0,26Biomasa 44,8 48,65 135Geotérmica 2,5 3,42 5,2Energía solar 0,26 0,38 4Total para las energías renovables

72,7 81,3 180,16

Total para la energía primaria

1366 1460 1581

Proporción de energías renovables

5,3% 5,6% 11,4%

Tabla 1.18. Adopción europea de energías renovables en Europa (Eurobserv'ER)

En Francia (tabla 1.19), la producción de energía renovable (con la excepción de la hidroelectricidad) todavía no es muy significativa (4,1 millones de TPE, esto es, aproximadamente un 2 % de la energía final), y se ha estancado desde hace unos diez años (figura 1.42).

Producción en Francia

(incluidos los departamentos de ultramar)

Electricidad [GW/h]

Térmica [k/TPE]

Año 1999 2000 2001 2002 1999 2000 2001 2002Hidráulica 78543 73432 80257 67571 0 0 0 0Energía eólica 49 92 149 299 0 0 0 0Energía solar 9 11 13 15 33 33 25 25Residuos urbanos 1449 1700 2390 2900 629 628 704 779Geotermia 20 21 20 17 117 124 128 128Madera y residuos

1466 1510 1312 1324 9298 8949 8806 7983


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Residuos agrícolas

378 370 341 340 201 192 185 186

Biogás 213 346 349 391 62 63 56 57Biocombustible 0 0 0 0 278 335 339 363TOTAL [GW/h] 8212

77748

28483

07285

8TOTAL [kTPE] 7063 6664 7295 6265 1061

81032

31024

39522

Tabla 1.19. Grado de utilización en Francia de energías renovables (Ministerio de Industria)

Figura 1.42. Contribuciones de las energías renovables (Francia) (Observatorio de la Energía / CEREN).

1- producción total de energías renovables 2- millones de TPE 3- hidráulica 4- madera y residuos de la madera 5- residuos 6- otros

7- Francia es un país rico en recursos de energías renovables. Con la mayor área forestal de Europa occidental, el segundo potencial en energía eólica y muchas posibilidades en el terreno hidráulico y geotérmico, es el primer productor y el primer usuario de energías

renovables en Europa con 19 [M TPE] (2001) consideradas como energía primaria.

Para alcanzar este objetivo, los estados europeos (y la Unión Europea) han desarrollado notablemente medios para fomentar y extender las energías renovables:

• biomasa: programa de «energía basada en la madera» con ayudas para la construcción de doscientas plantas de calefacción que funcionan con madera;


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• solar: programa Helios 2006 con ayudas para la instalación de quince mil calentadores solares por año;

• eólica: instalación de 500 MW para el 2005.

6.4 INTEGRACIÓN DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES

El uso de las energías renovables en edificios no se basa, simplemente, en una sustitución de la energía fósil.

En efecto, es preciso que, al empezar la obra, el diseñador no descuide ni un sólo detalle de los requisitos. Por ejemplo:

• Energía solar: integración de los colectores en la arquitectura del edificio, integración de los acumuladores térmicos activos o pasivos.

Figura 1.43. Ejemplo de no integración (Joannes).


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Figura 1.44. Ejemplo de integración (Agencia Internacional de la Energía)

• Geotérmica: planteamiento de una red de distribución de calefacción por lo general a una ciudad e integración del proyecto en esta estructura.

Figura 1.45. Red de calefacción urbana (estacional)

Figura 1.46. Central geotérmica (OPHLM de l'Oise)

• Biomasa: necesidad de una red local para el suministro y la integración de las instalaciones de almacenamiento, así como para alimentar el


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proyecto arquitectónico o urbano.

Figura 1.47. Existencias de viruta de madera (O. Sebart / A.FME)

Bibliografía:

[1] Yeang, K. Bioclimatic Skyscrapers Artemis, London, Zürich, München, 1994

[2] Koenigsberger, Ingersoll, Mayhew, Szokolay Manual of Tropical Housing and Building Longman, London, 1974

[3] Recknagel, H., Sprenger, E., Schramek, E.R. Taschenbuch für Heizung + Klima Technik R. Oldenbourg Verlag, München, Wien, 1995

Further literature:

Daniels, KlausAdvanced Building Systems; A Technical Guide for Architects and

EngineersBirkhäuser Verlag, Basel, 2003


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1 zonas climáticas - new-learn.info · capítulo 1 energía confort y edificios 2. tareb energía,...

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