Eficiencia energética edificios: Diseñar mirando al pasado o al futuro

Estudio de caso sobre eficiencia energética en edificios… ¿Es mejor diseñar mirando el pasado o mirando el futuro?

Fuente: OVACEN

Actualmente los edificios se diseñan, o deberían diseñarse, con el fin de optimizar la Eficiencia Energética y alcanzar el requerimiento de Edificios de Energía Casi Nula (NZEB).

Para ello, las reglamentaciones suelen imponer unas limitaciones de diseño enfocadas a reducir la demanda / consumo energético. Para este fin, se suelen usar herramientas de cálculo multizona en régimen dinámico.

Existen múltiples herramientas para este propósito, pero todas ellas tienen en común usar un fichero climático con la información horaria de temperaturas / radiaciones solares / viento/… para poder efectuar los cálculos.

Los ficheros climáticos se fundamentan en la obtención de datos históricos provenientes de estaciones meteorologías cercanas al emplazamiento donde se desee efectuar el cálculo y seguidamente, se adaptan los datos de las estaciones meteorológicas próximas a la situación más realista del emplazamiento.

Usar ficheros climáticos históricos para efectuar una evaluación energética del edifico es “mirar al pasado”, en el supuesto que la climatología fuese estable sería adecuado como base de diseño para los edificios futuros.

Desgraciadamente está más que constatado que la climatología mundial está cambiando sustancialmente y por lo tanto los datos históricos del pasado no son suficientemente
representativos del comportamiento del clima en años futuros.

Es necesario disponer de ficheros climáticos prospectivos del futuro para poder diseñar los edificios actuales “mirando al futuro”.

Obtener ficheros climáticos prospectivos del futuro

1.-Ficheros climáticos históricos

Los ficheros climáticos históricos ya sea en formato EPW o en TRY2 serán nuestro punto de partida.

Se pueden encontrar ficheros climáticos históricos en múltiples páginas web a título de ejemplo se adjuntan algunas de ellas:

• Desde Energy Plus en Weather Data AQUÍ.
• Desde One Building en su sección Climate AQUÍ.

2.-Escenarios prospectivos

El panel intergubernamental para la protección del cambio climático (IPPC) ha desarrollado los escenarios que permiten “predecir” el clima futuro basándose en los datos actuales. Se puede consultar desde AQUÍ.

3.-Obtener ficheros predictivos del futuro

La universidad de Southampton ha desarrollado la herramienta CCWorldWeatherGen que permite transformar cualquier fichero histórico.

La herramienta CCWorldWeatherGen que podemos ver AQUÍ no es más que una hoja de cálculo Excel que alimentándose de los datos históricos en formato epw y de los escenarios de previsión de la evolución del clima elaborados por IPPC permite obtener ficheros climáticos predictivos para un futuro 2020 / 2050 / 2080.

Comparación de ficheros climáticos

Siguiendo el procedimiento descrito anteriormente se han elaborado los ficheros climáticos de un emplazamiento en Barcelona para un horizonte 2020/ 2050 / 2080 y se compararán con los datos de los ficheros históricos habitualmente usado por los diseñadores de edificios.

Las variables analizadas serán la temperatura del aire, la radiación solar difusa y la radiación solar en dirección normal.

Temperatura del aire:

ºC	Histórico	2020	2050	2080
T.min	-1	-0,6	0,6	1,69
T.max	30,39	31,98	35,08	38,78
T.media	15,72	16,59	17,95	19,69

Se aprecia un claro incremento de las temperaturas tanto mínimas como máximas o medias.

Radiación solar difusa:

W/m2	Histórico	2020	2050	2080
R.Dif,max	569,83	482,75	483,25	485,58
R.Dif,media	77,44	77,27	74,41	71,46
R.Dif,acumulada	678410	676886	651804	626042

Se aprecia una ligera disminución de la radiación solar difusa acumulada y media, mientras que los valores máximos disminuyen en un horizonte 2020 y vuelven a aumentar en un horizonte 2050/2080.

Radiación solar en la dirección normal:

W/m2	Histórico	2020	2050	2080
R.Dif,max	911,66	898,08	978,17	1059,16
R.Dif,media	143,84	147,34	157,28	169,47
R.Dif,acumulada	1260017	1290758	1377814	1484540

Se aprecia un claramente un aumento de la radiación solar media y acumulada, mientras que el valor máximo presenta un ligero retroceso en 2020 para volver a aumentar en 2050 / 2080.

Del análisis de los ficheros climáticos parece desprenderse que se producirá una ligera reducción de la severidad climática en invierno con aumento de la severidad climática en verano, también parece desprenderse que las temporadas de refrigeración serán más largas que actualmente mientras que las de calefacción se mantendrán bastante similares.

Recuerda que también tenemos el caso de estudio sobre la eficiencia energética en edificios ante el aislamiento… ¿El cálculo del «coste optimo» es el criterio más ambicioso?

Repercusión a nivel de edificio

Una vez verificado que las condiciones climáticas serán diferentes en el futuro a las que consideramos actualmente, se plantea la pregunta… ¿Cómo afectará esto al confort para los
usuarios?

Consideraremos una vivienda dentro de un bloque de viviendas como ejemplo y la simularemos en las mismas condiciones constructivas y operacionales para los diferentes climas considerados.

Analizaremos la temperatura operativa en flotación libre (ausencia de sistema de climatización) a lo largo del año.

Se visualiza en el gráfico como las temperaturas operativas en flotación libre tienden a aumentar con la evolución futura de los escenarios climáticos, por lo que el riesgo de falta de confort por exceso de calor se hace evidente.

Para obtener un indicador numérico único, podemos en cada escenario climático evaluar el número de grados hora en que el edifico se sitúa por debajo de 20ºC (sensación de frio) o el número de horas en que si sitúa por encima de 26ºC (sensación de calor).

	Histórico	2020	2050	2080
GH < 20ºC (Frio)	7574	6230	3518	1596
GH > 26ºC (Calor)	8379	12405	19018	28527

Se desprende claramente que los periodos de falta de confort por calor se harán más largos y más intensos mientras que los de falta de confort por frio se mantendrán bastante iguales con una ligera tendencia a reducir la intensidad y duración.

Conclusiones

• Los datos climáticos “futuros” se pueden obtener fácilmente a partir de los datos históricos disponibles.
• Las hipótesis habitualmente establecidas de considerar la temporada de refrigeración entre junio a septiembre habría que ponerlas en entredicho, y, consecuentemente, los perfiles horarios de temperaturas de consigna, los perfiles horarios de activación de las protecciones solares o la ventilación nocturna deberían adaptarse a la nueva situación para que el diseño de edificios no se haga “mirando al pasaos” sino “mirando al futuro”.
• De modo análogo aquellas estrategias destinadas a minorar la falta de confort por calor tales como: la mejor gestión de la transferencia de aire (infiltración + ventilación) o las superficies de captación solar (tamaño y orientación de los huecos) deberían diseñarse de forma acorde a las necesidades futuras y no basándose en los criterios del pasado.
• No hemos considerado en este estudio las variaciones que se producirán en el futuro relacionadas con los hábitos sociales (mayor ocupación, teletrabajo, envejecimiento de la población,..) mayor presencia de equipos (automatización, domótica,..), reducción de las cargas internas aportadas por equipos e iluminación debida a la previsible evolución tecnológica (iluminación led,..) o una posible evolución de los niveles de ocupación en función de la superficie de las viviendas (viviendas más pequeñas).
• Podemos concluir, que los estudios que hay efectuados para evaluar la eficiencia energética ya sean reglamentarios o de calificación energética están anclados en el pasado en vez de “mirar al futuro”.