teorica 2 ias

7/27/2019 Teorica 2 IAS

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17/08/20

CLIMA, RECURSO SOLARY DEMANDA DE ENERGA

Arq. Ana M. Compagnoni

Ctedra Evans- de Schiller

Centro de Investigacin Hbitat y Energa

Facultad de Arquitectura, Diseo y Urbanismo

Universidad de Buenos Aires

[email protected] 2013: Introduccin a la Arquitectura Solar

Globalizacin y Consumo Energtico Impactos ambientales Consumos segn los usos

Aspectos climticos Condiciones de Confort Estrategias para el ahorro y la eficiencia energtica Clima y Oferta de Radiacin Solar Clima y Demanda de Calefaccin Trabajo Practico Ejemplos de aplicacin

PRESENTACIN

Arq. Ana M. Compagnoni [email protected]

Contenidos

PRESENTACIN

Contexto energtico:Alta dependencia actual en energas norenovables, aumento de costos, emisiones de GEI, gases efectoinvernadero, y calentamiento global.

Demanda de energa: Variables climticas, zonasbioambientales, clima-confort-arquitectura. Impacto de caloren verano y demanda de calefaccin en invierno, importanciade la amplitud trmica.

Recurso solar:Oferta de radiacin solar segn latitud, alturas.n.m. y variacin de condiciones atmosfricas: das con sol,nubosidad, intensidad de radiacin, etc.

Arquitectura:Captacin en invierno + Control en verano,

almacenamiento, distribucin y conservacin de la energasolar. Forma edilicia y agrupamiento, envolvente, espaciosexteriores, etc.


GLOB

ALIZACIN


Efectos sobre el hbitat construido

independiente del clima.

independiente de los recursosy consumos energticos.

independiente de recursoseconmicos necesarios parasu funcionamiento.

Independiente de lastecnologas locales.

ARGENTINA Edificios son responsables del 40% de la demanda total de

E que proviene en 90% de energas no renovables


CONTEXTO

LOCAL

Consecuencias Locales

Impacto de factores climticos de disconfort en eledificio.

No se aprovechan los potenciales beneficios que

presenta el medio para mejorar la habitabilidad.

Constante aumento del consumo elctrico y carga

trmica interior que redundan en:

- Mayor inversin en equipos de climatizacin.

- Mayor superficie destinada a instalaciones de

confort.

- Problemas de acondicionamiento a futuro (costos

energticos).


CONTEXTO

LOCAL

Acondicionamiento trmico


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0% 20% 40% 60% 80%

Electricidad

Gas de Red

Gas Licuado

Kerosene

Diesel+Gas Oil

Fuel Oil

Carbn de Lea

Lena

Vivienda

Otros edifs

FUENTES

DEENER

GA

Ref: Balance Energtico Nacional 2012

RECURSOS FSILES NO RENOVABLES


Emisiones producidas por edificios en Argentina: 24-25% del totalnacional de emisiones.

Calefaccin, refrigeracin, iluminacin artificial (relacin con diseo) >11 %, = 2/3 del uso de energa en edificios

~15 % de la emisiones corresponden a vivienda

11%5%

5%2%

77%

Emisiones GEI: total nacional y de

edificiosAc ondic iona miento O tra ener ga Desperdic ios

Materiales Otras actividades

InventarioGEI, 2da Comunicacin Nacional, 2007, Datos de 2000

IMPACTOA

LAMBIE

TNE


Gases Efecto Invernadero


IMPACTOA

LAMBIETNE

Efecto global

Fuente: Gua de Diseo para la Eficiencia Energtica en la vivienda SocialMrio de Vivienda y Urbanismo- Chile


IMPACTOA

LAMBIETNE

Efecto global

Emisin de dixido de carbono y otros gases de

efecto invernadero

Deforestacin

Lluvia cida

Destruccin de la capa de ozono

Calentamiento global (0,5C 5C)

Crecimiento de eventos excepcionales (tormentas,

variacin de temperaturas medias, etc.)

Aumento nivel del mar (


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FACTORESCLIMATICOS

Temperatura

TEMPERATURAS

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

MESES

TEMPERATURAS

C

MINIMA MEDIA MAXIMA

MINIMA 20.2 19.4 18.2 14.4 11.7 8.5 8.5 8.9 11.1 13.6 15.6 18.8

MEDIA 24.1 23.0 21.6 17.9 14.7 11.5 11.4 12.2 14.5 17.2 19.8 22.9

MAXIMA 28.5 27.0 25.4 21.9 18.4 15.2 14.6 16.0 18.4 21.1 24.2 27.3

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEPT OCT NOV DIC

Confort para actividad sedentaria: 18 - 27C

Datos: Aeroparque, Servicio Meteorolgico Nacional


Variacin diaria de temperatura

Grfica de temperaturas diarias en cada mes del ao


FACTORESCLIMATICOS

Humedad relativa

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 1 2

RELATIVA 69,0 72,0 74,0 75,0 77,0 77,0 79,0 74,0 72,0 73,0 66,0 67,0

MAXIMA 88,6 90,9 92,4 94,7 94,2 94,2 96,0 92,3 90,4 92,8 87,1 87,4

MINIMA 52,6 56,1 58,2 57,8 60,2 60,1 63,7 57,4 55,6 56,5 49,8 50,9

0,010,020,030,040,050,060,070,080,090,0

100,0

%DEHUMEDAD

MESES

HUMEDAD RELATIVA

RELATIVA MAXIMA MINIMA

>80% HR es molesta cuando temp >24C


Humedad que contiene una masa de aire, en relacin con la mxima humedadabsoluta que podra admitir sin producirse condensacin, conservando las mismas

condiciones de temperatura y presin atmosfrica

FACTO

RES

CLIMATICOS

Precipitacin

PRECIPITACIONES

0

100

200

300

400

500

MESES

MILIMETROS

PRECIPIT. 124 123 111 64 61 71 78 77 74 96 99 84


45 - 50 mm / mes para vegetacin


Volumen de agua cada (lquida), por metro cuadrado de superfic ie, en ellugar de observacin.

Unidad : Milmetros , "mm.


FACTO

RES

CLIMATICOS

Variacin diaria de temperatura


FACTORESCLIMATICOS

Mediciones en Km/h segn

orientacinCantidad de ocurrencias/

1000 observaciones y segn

orientacin

Otros factores

HELIOFANIAEFECTIVA

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

NUMERODEHORAS

HELIOF 9,9 8,6 6,8 5,8 4,7 4,4 4,8 5,5 5,9 7,2 9,2 9,7


NUBOSIDAD

0,0

1,02,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

OCTAVOS

NUBOS 3,5 3,2 3,7 3,8 4,2 4,4 4,5 4,2 4,3 4,2 3,8 3,6


CONDICIONESDEL CIELO

0

5

10

15

20

25

30

NUMERODEDIAS

CUBIERTO 6 4 8 7 10 12 12 11 10 9 8 5

S/C 15 14 12 13 13 10 12 11 12 15 13 17

CLARO 10 10 11 10 8 8 7 9 8 7 9 9


NubosidadParte de cielo cubierta por nubes.Unidad : Octavos de superficie de la esfera

celeste cubierta por nubes

Heliofana efectivaTiempo durante el cual los rayos solares

inciden directamente (radiacin directa)

sobre la parte sensible del instrumento,

sobrepasando un cierto umbral de

radiacin (aproximadamente 200 W/m2).Unidad : Horas y dcimas de hora.

Condiciones de cielocantidad de cielo cubierto por nubes.Claro: 10% del Cielo cubierto por Nubes

Cubierto: >90% del Cielo cubierto por Nubes

Unidad : das

FACTORES

CLIMATICOS


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GRAFICOSDECONFOR

T

Anlisis del clima Identificacin de

estrategias de confort Elaboracin de pautas de

diseo


Procedimiento

Situacin de disconfort en verano

por condiciones de temperatura

y HR excesivas

Situacin de disconfort en invierno,primavera y otoo por condiciones de

bajas temperaturas y HR excesiva

: : :

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

Amplitud

detempe

ratura

Temperatura media

GRAFICOSDECONFOR

T

Anlisis del clima Identificacin de

estrategias de confort Elaboracin de pautas de

diseo


Procedimiento

Situacin de disconfort en verano

por condiciones de temperaturay HR excesivas

Situacin de disconfort en invierno,primavera y otoo por condiciones de

bajas temperaturas y HR excesiva

RECUR

SOSBIOAMBIENTALES

1 - Refrescamiento: Ventilacin cruzada (clima hmedo), movimiento sensible de aire (-2C) Ventilacin selectiva (variacin de t), ventilacin segn la variacin de la t ext. Inercia trmica (gran amplitud trmica), uso de materiales pesados, control de

ventilacin, etc. Refrescamiento evaporativo (clima seco), evaporacin de agua, vegetacin, Radiacin a cielo fro (noche despejada), espacios abiertos

2 - Control de sobrecalentamiento: Proteccin solar: aleros, prgolas, arboles Inercia trmica: materiales en interiores Aislacin trmica - especialmente en techos Colores exteriores claros o reflejantes Control de superficies vidriadas

APLICACION DE RECURSOSEscalas: urbana, arquitectnica, constructiva

Alternativas:Seleccin de espacios segn temperatura

Elementos: techos, paredes, ventanas y solados

Espacios: interiores, exteriores e intermedios


Procedimiento

RECUR

SOSBIOAMBIENTALES

4 - Aumento de la temperatura: Radiacin solar: sobre ocupantes / usuarios Captacin de energa solar :en interiores Aislacin trmica con ganancias internas Inercia trmica: (gran amplitud) Ventilacin selectiva:

5 - Control de prdidas de calor: Infiltracin: Evitar excesivas infiltraciones de aire

Control del movimiento de aire: y chifletes Aislacin trmica: de la envolvente o piel Forma edilicia: compacta

3 - Conservacin de condiciones confortables: Proteccin solar: reducir ganancias provenientes del exterior Proteccin de viento: reducir enfriamientos en climas ventosos Inercia trmica: materiales para estabilizar y reducir la amplitud trmica. Control de ganancias internas: reduccin de aumento de temperatura:

- instalaciones de luz, cocinas, equipos elctricos, etc.


Procedimiento

Con dicio ne s atmos fricas: nubosidad, poluccin..

Inclinacin de rayos solares: latitud, estacin, hora

Incidencia sobre superf icies: orientacin, inclinacin

Variables

Geogrfic as: latitud, altura sobre nivel del mar

Climtic as : Humedad relativa, nubosidad, polvo,

Arqui tectnicas: Forma, orientacin, inclinacin

RADIACION

SOLAR


Factores condicionantes

Variables

La intensidad mxima de la radiacin solar en la capasuperior de la atmosfera (radiacin solar normal sinabsorcin atmosfrica)

Valor aprox: 1300 Watts / m2

Leve variacin anual

segn la distancia sol - tierra

Promedio d iario 440 watts / m2

NRADIACION

SOLAR

Constante Solar


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En Buenos Aires, sol casi vertical al medioda enverano, sobre superficie horizontal


En Buenos Aires, en verano a las 16:00 horas sobre

superficie horizontalValor aprox: 600 Watts / m2

Noche: 0 Watts / m2

Prom edio diario verano: 355 Watts / m2

RADIACION

SOLAR

Mxima sobre la superficie terrestre- VeranoEn Buenos Aires, sol casi vertical al medioda enverano, sobre superficie horizontal


En Buenos Aires, en verano a las 16:00 horas sobre

superficie horizontalValor aprox: 500 Watts / m2

Noche: 0 Watts / m2

Prom edio d iario media de verano : 290 Watts / m2

RADIACIN SOLAR MEDIA

RADIACION

SOLAR

Media sobre la superficie terrestre- Verano

En Buenos Aires, sol casi vertical al medioda eninvierno, sobre superficie horizontal


En Buenos Aires, en invierno a las 16:00 horas sobresuperficie horizontal


Noche: 0 Watts / m2

Prom edio diario verano: 130 Watts / m2

RADIA

CION

SOLAR

Mxima sobre la superficie terrestre - InviernoEn Buenos Aires, sol casi vertical al medioda eninvierno, sobre superficie horizontal


En Buenos Aires, en invierno a las 16:00 horas sobresuperficie horizontal


Noche: 0 Watts / m2

Prom edio d iario media de verano: 100 Watts / m2

RADIA

CION

SOLAR

Media sobre la superficie terrestre-Invierno

Gran intensidad en zonas

altas de la Cordillera de los

Andes y Neuqun. Menor

intensidad en zonas de altas

latitudes en el sur patagnico

y zonas bajas de Jujuy, Salta y

Tucumn por pocas de lluvia.

Gran intensidad en zonas

altas de la Cordillera de los

Andes y Neuqun. Menor

intensidad en zonas bajas de

Jujuy, Salta y Tucumn por

pocas de lluvia y zonas

australes de altas latitudes.


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Baja intensidad en general,

dependiendo de la latitud, con

mayor aumento segn la

altura en el NO del pas.

Intensidad media con

distribucin similar a marzo,

dependiendo de la latitud y

altura s.n.m.

Directa: rayos del sol

hasta 90% del total

Difusa: del cielo

10% del total en das claros

100% del total en das nublados

Reflejada: del suelo

Depende de la reflectividad del suelo

Sin reflejada en superficies horizontales

RADIA

CION

SOLAR

Composicin total

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1 3 5 7 9 11 13 15 1 7 19 21 23

W/m2

HORA

RADIACION SOLAR

Directa

Difusa

Reflejada

Total

Marzo- Sup horizontal


Composicin Estimada- Buenos Aires-34 S

RADIA

CION

SOLAR

RADIACION SOLAR

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1 3 5 7 9 11 13 15 1 7 19 2 1 2 3HORA

W/m2

Directa

Difusa

Reflejada

Total

Marzo-Sup vertical- Orientacin N

RADIACION SOLAR

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1 3 5 7 9 11 13 1 5 1 7 19 2 1 2 3HORA

W/m2

Directa

Difusa

Reflejada

Total

Marzo-Sup vertical- Orientacin O

Buen asoleamiento en invierno sobre superficieshorizontales

Facil proteccin solar en verano sobre superficiesverticales con orientacin norte

Mas radiacin en invierno que en verano, por el ngulode incidencia favorable.


RADIACIN

Bajas Latitudes

Buen asoleamiento en invierno sobresuperficies verticales con orientacin norte

Limitada necesidad de proteccin solar enverano

Mas radiacin en invierno que en verano, por elngulo de incidencia favorable.


RADIACIN

Altas Latitudes


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Influencia sobre la temperatura interior

O RIENTACI O N O ES TE, S IN P RO TECCIO N

24

28

32

36

40

4448

52

56

P e sad o M edia no L iviano

80 %

60 %

40 %

20 %

ORIENT ACION NORT E CON PROT ECCION

24

28

32

36

40

44

48

52

56

Pesado Mediano Liviano

80%

60%

40%

20%

Simulacin de temperaturas

interiores mximas en veranosegn orientacin y % de vidrio en

fachadas para Buenos Aires:

Situacin mas critica

Oeste 80% vidrio: 42 45 C

Situacion mas favorable

Norte 20-40 % vidrio: 30 - 33 C

Radiacin recibida en un ambiente,

relacionando la orientacin y porcentaje de

ventanaUnidad : Watt / m2. ; cal / cm2 min ; langley / min., etc.

RADIACIN


N NE E SE S S O O NO

80

60

40

20

48-51

45-48

42-45

39-42

36-39

33-36

30-33

DEMANDA

DECALEFA

CCIN


Grados Da

Grados das: indicador de la duracin y severidad del perodo decalefaccin

-5.5

-3.5

0

4.55.5

12.514

17

20.522.5

25.5 25.5

-9-8

-3-1

1

6 7

10

1314

17 18

-2

13

10 10

19

21

24

28

31

3433

-14-12

-10-8-6-4

-2024

68

1012

141618

20

22242628

30323436

3840

010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340

350

360

DEMANDA

DECALEFACCIN


Grados Da

LAT:40 51 SLONG: 63 01 WALT:40 mts 81-90

-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

1 5 4 5 75 1 05 1 35 165 1 95 225 255 2 85 315 345

Temperatura

Dias (aprox)

LAT:3316S LONG: 6621WALT: 713 mts 81-90

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

1 5 4 5 75 105 135 1 65 1 95 225 255 285 3 15 345

Temperatura

Dias (aprox)

Buenos Aires

Humahuaca

San Luis

Carmen de Patagones

LAT:2312 SLONG: 6505 WALT:2980 mts 61-70

-10,0

-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

15 45 7 5 1 05 1 35 1 65 1 95 2 25 2 55 2 85 315 345

Temperatura

Dias (aprox)

LAT:34 35SLONG: 58 29WALT:27 mts 23 aos

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

1 5 45 75 1 05 135 165 1 95 225 255 2 85 315 345

Temperatura

Dias (aprox)

Segn grados das1 o ZonaBioambiental

Zonas Poblacin EnergaI. Muy clido 12 % 2,3 %II. Clido 18 % 9,6 %III. Templado 46 % 42,8 %IV Templ fro 17 % 22,6 %V. Fro 4 % 9,6 %VI. Muy fro 3 % 9,6 %

Estimaciones propias

Distribucin de poblacin y demanda

de energa para calefaccin deviviendas.

Carmen dePatagonesZona

IVcTempladafra costera

HumahuacaZona VIMuy fra


DEMANDA

DECALEFACCIN

San LuisZona IIIaTempladaContinental

A

SSDO

YDMA


Datos disponibles Grficos del CocienteCarga Colector paraevaluar la demanda deenerga para calefaccin

A

SSDO

YDMA



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17/08/20

A

SSDO

YDMA


Cmo son las condiciones de temperatura media

en relacin al confort para cada poca del ao?

A

SSDO

YDMA


Qu oferta de radiacin solar hay disponible a lo

largo de ao ?

Cmo es la demanda de calefaccin a lo largo del ao? Y

Cmo se relaciona con la radiacin disponible?

A

SSDO

YDMA


RAYDS


Sistemas Solares Pasivos

Aprovechamiento a travs de sistemas quelogran una efectiva conversin trmica de laradiacin incidente.

Funcin de los sistemas: Captacin,Transformacin, Acumulacin, Distribucin,Control de prdidas.

Ganancia Directa

Muro Acumulador sin ventilacin

Muro Trombe

Invernadero

Proteccin solar

Colectores y mdulos fotovoltaicos

teorica 2 ias

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