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cuestin energtica
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La cuestin energtica
Problemas
Origen de las fuentes energticas
Contaminaciones ambientales
Tensiones polticas y econmicas
Potencial
Reduccin de demanda energtica
Generacin de nuevo mercado y mbito laboral energtico
Fuerte reduccin de la contaminacin
Dinmicas
Ahorros y recuperaciones energticas.
Utilizacin de energa solar.
Uso de hidrgeno.
Uso fuentes alternativas (renovables o de reconversin).
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La cuestin energtica
Claudio Varini Doctor Arquitecto
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Disponibilidad y costo de fuentes energticas
Claudio Varini Doctor Arquitecto
Carbn: 190 aos
Gas natural: 60 aos
Petroleo: 40 aos
20% de la poblacin consume el 80% de la energa
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Sostenibilidad mediante energas renovables
Arquitectura sostenible
Integracin arquitectnica
Desarrollos futuros
Estrategias para la difusin de energas renovables
Figuras profesionales
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Datos climticos de referencia
Radiacin solar global a nivel del suelo
Heliofana (radiacin solar directa)
ndice de nubosidad
Viento (velocidad promedio y direccin prevalente
Pluviosidad
Temperatura promedio mensual
Temperatura mnima y mxima
Humedad relativa
Clima y potencial energtico
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Proyecto bioclimtico:
Nivel arquitectnico (espec. envolventes y espacios
interiores)
Nivel de espacios exteriores (espacio pblico, reas permeables,
biocapacidad)
Niveles de proyecto
Fases/objetivos:
Reduccin de la demanda trmica anual en condiciones de
confort
Distribucin ptima de los espacios interiores
Definicin de estrategias bioclimticas acordes con los perfiles
temporales de uso
Pre-dimensionamiento y diseo de los sistemas bioclimticos que
demandan energa
Evaluacin de la eficiencia energtico-ambiental del proyecto.
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Acercamiento integrado al diseo
Objetivos de diseo integrado de una construccin:
Accesibilidad
Esttica
Costo efectivo (en el ciclo de vida)
Funcional/Operativo
Preservacin histrica
Productividad
Seguridad (safe & secure)
Sostenible
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Externalidad
Costos externos:
Impacto (por deterioro a materiales y bienes expuestos, a la
salud humana y al entorno natural);
UE: proyecto "ExternE costos para combustibles fsiles en tres
niveles: bajo: 4.3 $/t CO2 medio 20,752." 9$ // t CO2 alto: 160$ //
t Co2.
Valor prudente para cuantificar el efecto de la sola emisin de
CO2 1020$/ t CO2.
La energa solar reduce las emisiones de CO2 de 0,6kg/kWh en
promedio.
El costo medio resultante evitado por cada kWh producido por
energa solar ser pues comprendido entre 0,25 y 9,6 US$/kwh.
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Construcciones energticamente eficientes
Principales objetivos del diseo y la construccin de edificios
energticamente
eficientes:
Reduccin de los consumos energticos y por tanto de las emisiones
de CO2 y de otros gases de efecto invernadero
Aprovechamiento de la energa solar y de otras energas
renovables
Alto confort climtico dentro racional uso de los recursos
(Ecologa)
Satisfaccin de las necesidades de los usuarios
teniendo en cuenta:
Condiciones climticas locales
Fauna y flora.
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Estndares energticos de los edificios
Desde el punto de vista energtico, se distinguen hoy distintos
estndares de los edificios.
Los estndares se basan en un indicador energtico que es,
normalmente, el consumo
de energa por metro cuadrado y ao (khw/m2a) necesario para el
calentamiento/refrescamiento, porque este representa el mayor
consumo energtico en
la mayora de los edificios.
En el mundo: indicadores energticos como necesidad energtica
normalizada (FEN) por metro cbico (khw/m3a) para climatizacin
invernal.
Cuando las condiciones lo permiten, en el consumo energtico se
incluye tambin lo
necesario para la produccin de agua caliente, iluminacin y
aparatos elctricos, obteniendo as un indicador energtico total.
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Zero energy building
Claudio Varini Doctor Arquitecto
Construccin que produce, en el periodo de un ao, una cantidad de
energa
correspondiente a la que consume manteniendo condiciones de
funcionalidad y
confort.
Fuentes de consumo:
Climatizacin (calefaccin/refrescamiento)
Agua caliente
Preparacin y conservacin alimentos
Iluminacin
Aparatos electrnicos.
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Edificaciones y consumo energtico
En trminos de consumo energtico trmico podemos distinguir
entre:
1. Edificios convencionales que no responden an a las normativas
sobre el
ahorro energtico
2. Edificios convencionales que responden a normativas de
ahorro
energtico
3. Edificios de bajo consumo energtico
4. Edificios pasivos
5. Edificios a consumo energtico cero
6. Edificios energticamente positivos
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Impacto ambiental
Consumo energtico:
Es el principal factor para evaluar los impactos
medioambientales;
Ref. estudio AIE-PPSP, EPTP, EPIA se centra en
Tres indicadores energticos:
Energy Pay back Time (EPBT );
Factor de retorno energtico (FER);
Potencial de emisiones de CO2.
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Energy Pay back Time:
Relacin entre el total de energa necesaria para la produccin del
sistema y la
generacin anual de energa. El valor se expresar en aos.
PV en cubierta: mnimo de 1,6 (Brisbane), mximo de 3,3
(Edimburgo),
PV en fachadas: mnimo de 2,7 (Brisbane) mximo de 4,7
(Bruselas).
Factor de retorno energtico:
Relacin entre la energa total generada durante el funcionamiento
del sistema y el total
de energa en entrada durante el ciclo de vida del sistema; en
otros trminos el FER indica cuntas veces se produce energa
necesaria para la produccin del sistema. El valor es
un nmero absoluto.
Potencial de reduccin de CO2:
Cantidad de emisiones de gases efecto invernadero, que se evitar
por un dato sistema PV. Es dado por el producto energa producida
por un sistema PV durante su vida por
duracin para la media del contenido de CO2 del mix de
electricidad local (adoptadas a
nivel nacional). El valor se expresa en tCO2 / kwp
instalado.
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Acercamiento integrado
Nuevo modo de ver para reducir las emisiones de carbono
asociadas a las construcciones
integrando cuatro mtodos posibles. Ninguno trabaja solo, y no es
del todo relevante en consideracin de cada estrategia.
Reducir el uso de energa.
Orientacin en funcin del recorrido solar y a la direccin de
viento, para proteger de los vientos fros.
Materiales, diseos, y tecnologas que permiten ahorros de energa
en el ciclo de vida.
Implementar equipos y tecnologas energticamente eficientes
Utilizar la ventilacin natural o inducida para reducir la
dimensin y/o la necesidad de equipos de
refrescamiento/calefaccion/tratamiento del aire.
definir sistemas de ganancia y/o dispersin trmica
Implementar sistemas de enfriamiento/calefaccin mixed-mode para
reducir la carga y de energa.
Educar a propietarios, operadores, y usuarios del edificio.
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Ejemplo: condiciones para el uso de energa solar
SOLAR
Brillo solar considerable (ej.: San Andrs. 2686 horas de sol
por
ao, con un promedio de 224 horas de sol/mes correspondientes a
7,4 horas/da)
Diferencia en brillo solar relativamente bajo(de 288.5 horas en
marzo y 281,0 horas en abril a 183,9 horas en octubre y 170,2
horas
en noviembre).
Las condiciones de brillo solar permiten:
fotovoltaico,
solar trmico e hbrido;
Solar Cooling
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Ejemplo: modo para el aprovechamiento pasivo del clima
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energas renovables
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FUENTES ENERGTICAS RENOVABLES
Claudio Varini Doctor Arquitecto
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Energas renovables
Energa geotrmica
Energa hidroelctrica
Energa marina
Energa de corrientes marinas
Energa de gradiente salino (osmtica)
Energa de las mareas
Potencia de las ondas
Conversin de energa trmica ocenica (OTEC)
Energa solar
Solar trmica y termodinmica
Solar fotovoltaica
Energa elica
Energa de biomasas
biocombustibles, biogs, gasificacin
aceites vegetales
chips de madera
Energa o cogeneracin de aguas subterrneas
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Variables climticas
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Energa solar
Claudio Varini Doctor Arquitecto
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Energa solar
Fotosntesis
Solar trmico
Fotovoltaico
Refrescamiento solar
Fotocatlisis
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Ventajas:
La energa solar es atractiva como fuente
de calor porque est libre de costo, no
contaminante, y renovable.
Desventajas:
Llega con una intensidad muy reducida.
Est disponible para solamente una
fraccin del tiempo en poca de lluvias.
Una proporcin grande de potencial solar
es limitado seriamente por los edificios circundantes, los
rboles, y las
caractersticas geogrficas y la orientacin.
Energa solar
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Disponibilidad del recurso
Energa solar
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Energa solar
Localizacin
Medelln Reykjavick
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Radiacin solar
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VALORES MEDIOS MENSUALES DE BRILLO
SOLAR (Horas)
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50
100
150
200
250
300
Ene
ro
Febr
ero
Mar
zoAbr
il
May
o
Junio
Julio
Ago
sto
Sep
tiem
bre
Oct
ubre
Nov
iem
bre
Dicie
mbr
e
Ho
ras
Brillo solar en San Andrs
Datos climticos Medelln
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Fotovoltaico en cubierta
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Fotovoltaico en fachada
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SOLAR COOLING
98% con energa solar
2% de energa convencional.
El tanque de almacenamiento y la planta frigorfica pueden
ser
instalados en espacios complementarios (garaje, deposito o
cuarto
tcnico).
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Solar cooling
Claudio Varini Doctor Arquitecto
La climatizacin por absorcin: temperaturas bajas (de 45oC a
90oC);
fluido refrigerante: agua.
Regulacin de temperatura y humedad del aire:
sistema de ventilacin conectado con un sistema frigorfico;
ambas maquinas trmicas utilizan energa elctrica o trmica.
Tecnologas trmicas
con procesos abiertos de
absorcin.
Las maquinas de
doble efecto tienen un coeficiente de 1,1
y las ms modernas
mquinas frigorficas
llegan a coeficientes
de 3,5 a 4,5.
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Foto cataltico
Claudio Varini Doctor Arquitecto
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Foto cataltico
Claudio Varini Doctor Arquitecto
Reacciones fotoquimicas de reduccin y
oxidacin que se activan con luz en una
determinada longitud de onda.
Catalizadores: TiO2, ZnO, CeO2, ZrO2, SnO2, CdS, ZnS.
Accin:
Oxidacin de molculas compuestas orgnicas
Reduccion de iones inorgnicos
Reduccin de compuestos orgnicos.
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Foto cataltico
Claudio Varini Doctor Arquitecto
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Dives in Misericordia, Roma
Claudio Varini Doctor Arquitecto
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GEOTERMIA
Claudio Varini Doctor Arquitecto
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Geotermia
Geotermia de baja entalpa aprovecha el terreno con temperaturas
de entre 5 y 40C.
Extraccin de calor del suelo: bomba de calor propulsada por
energa elctrica que transforma, al
absorberla, la energa presente en el suelo a una
temperatura constante en agua caliente a 45-50C.
Cero impacto ambiental.
Proporciona ms energa (calor) de la que requiere para
su funcionamiento: 4-5 KWh trmicos/Kwh de electricidad
utilizada.
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Instalaciones geotrmicas
Planta geotrmica:
-Sonda geotrmica insertada en el suelo para el intercambio de
calor;
-Bomba de calor instalada dentro del edificio;
- Sistema de distribucin del calor con "baja temperatura" al
interior de los espacios
(paneles radiantes, etc)
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Ejemplo comportamiento geotrmico
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Es la ms abundante en los
perodos fros del ao y
est a menudo disponible en la
noche,
poco probable que sea una
alternativa factible a la calefaccin
solar o del combustible fsil en la
mayora de los edificios.
El viento es una fuente de energa
demasiado difusa y no siempre facil
de capturar.
Una vivienda incluso pequea,
bien-aislada requiere un molino de
viento grande, difcil mantener y
vulnerable a las tormentas.
Energa elica
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Capacidad elica instalada
Claudio Varini Doctor Arquitecto
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EOLICA
Velocidad de viento debe ser generalmente igual o superior a los
5
m/s, si bien haya turbinas que pueden funcionar con 3 m/s.
La energa cintica es proporcional al cubo de la velocidad de
tal
manera que la energa que puede obtenerse con v= 6 m/s es
ocho
veces superior respecto a la que se genera con v= 3 m/s.
Decidir la conveniencia
Factores que influyen sobre la velocidad del viento:
condiciones meteorolgicas,
caractersticas geogrficas locales,
asperezas del terreno, y
altura de las corrientes de aire).
Se hace interesante la utilizacin del viento cuando puede
disponerse de aproximadamente 2400 h/ao de viento (100 das).
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Microgeneracin elica
Claudio Varini Doctor Arquitecto
Aerogeneradores multiaspa.
Similares a los molinos de viento que se usan a menudo para
el
bombeo de agua de los pozos, tienen un rotor rgido y pueden
variar
su superficie e inclinacin en funcin del variar la fuerza del
viento.
A una determinada velocidad se debe detener manualmente o
plegarse a fin de tener el rotor paralelo la direccin del
viento.
Un buen nmero de aspas (de tres
a seis) y una geometra compleja
permiten al aerogenerador tener
un par muy elevado a bajas
revoluciones = pequea cantidad
de viento para generar trabajo.
Las aspas son ligeramente curvas
y con un ngulo de inclinacin
variable a partir del eje a su
extremidad.
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Energa elica
Claudio Varini Doctor Arquitecto
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Ventilacin entre edificios
Claudio Varini Doctor Arquitecto
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Edificio con generadores elicos (Miami)
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World Trade Center, Bahrain
Claudio Varini Doctor Arquitecto
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Strata building at Elephant & Castle, Londres
Claudio Varini Doctor Arquitecto
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Claudio Varini Doctor Arquitecto
El edificio actual mejora
los estndares de
construccin sostenible
previstos en el Reino
Unido reglamentos en un
13 %.
Generacin esperada:
8% de las necesidades
energticas del edificio.
Ahorro de electricidad
para cada uno de los
408 apartamentos.
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Strata: estructura de los generadores elicos
Claudio Varini Doctor Arquitecto
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Claudio Varini Doctor Arquitecto
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[email protected]
Anara tower, Dubai
