Efecto de la inercia sobre el confort térmico en verano en un hotel pasivo: Mora d’Ebre

Jornada PEP: Inercia térmica – inercia pasiva, Febrero 2013

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INERCIA TÉRMICA : INERCIA PASIVA

Efecto de la inercia sobre el confort térmico en verano

en un hotel pasivo: Mora d’Ebre


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CONTENIDO

1. La inercia térmica en edificios pasivos

2. Edificio de referencia

3. Estudio comparativo

4. Resultados

5. Conclusiones

© OLIVER STYLE


1 LA INERCIA TÉRMICA Y SU PAPEL EN EDIFICIOS PASIVOS

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LA INERCIA TÉRMICA: ¿qué papel tiene?

Materiales constructivos con buenas propiedades de inercia térmica, pueden actuar como un

acumulador energético, almacenando y liberando energía cíclicamente, ayudando en la

modulación de las temperaturas interiores bajos distintas condiciones climáticas y de

ocupación

Se trata de una interacción energética dinámica entre:

• las condiciones climáticas exteriores

• el envolvente pasivo del edificio y sus características térmicas y de inercia

• las instalaciones activas y su programación

• la ventilación (natural y/o mecánica)

• la actividad interna

Si la inercia acumula y descarga energía, el portador energético es clave. En contextos

pasivos, el portador es el aire. Para este fin, la ventilación nocturna se encarga de extraer el

calor acumulado en los cerramientos y expulsarlo fuera del edificio durante la noche.

Es lógico que no todas las zonas son aptas para la ventilación nocturna: depende de la

variación de temperaturas e humedad durante el ciclo diurno en los meses de verano.


1 LA INERCIA TÉRMICA Y SU PAPEL EN EDIFICIOS PASIVOS

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LA INERCIA TÉRMICA: edificios pasivos en climas cálidos

Literatura: mucha énfasis en el impacto de la inercia térmica en la reducción de

temperaturas interiores en verano, en edificios no climatizados…

¿Pero cuál es su impacto en edificios pasivos con un buen nivel de aislamiento,

estanqueidad y protección solar, en climas cálidos?

• mayor aislamiento, estanqueidad y protección solar >

• mayor tiempo que tarda el edificio en variar su temperatura interior por efectos de la

radiación, conducción y convección (cambios en el clima exterior) >

• mayor constante de tiempo

Un diseño cuidadoso de las materiales de un cerramiento puede optimizar la amortiguación

y desfase de la onda térmica, para mejorar las condiciones de confort interior, sin

climatización activa.

Analizamos un caso práctico con un estudio de simulación dinámica, de un edificio pasivo en

proceso de desarrollo en un clima cálido.


2 EDIFICIO DE REFERENCIA: HOTEL PASIVO MORA D’EBRE

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EDIFICIO PASIVO: Hotel al Casc Antic, Mora d’Ebre

• Arquitecta: Èlia Vaqué

• Ubicación: C/Calvari, Mora d’Ebre, Tarragona, Catalunya

• Coordenadas: latitud = 41,09º / longitud = 0,64º

• ASNM: 54m

• Radiación global horizontal: 1.686 kWh/m2.a

• Temperatura media anual: 18,1ºC

• Superficie de referencia energética: 309m2

• Plantas: 4



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EMPLAZAMIENTO

Fuente: Google Earth



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EMPLAZAMIENTO

Fuente: E. Vaqué



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ALZADA OESTE

Fuente: E. Vaqué



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ALZADA ESTE

Fuente: E. Vaqué



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SECCIONES

Fuente: E. Vaqué



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TEMPERATURAS & RADIACIÓN SOLAR

Fichero climático horario: generado desde Meteonorm 7


3 ESTUDIO COMPARATIVO

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ESTUDIO COMPARATIVO

Objetivo

• Analizar el efecto de la inercia en los cerramientos de la envolvente térmica (paredes

exteriores y cubierta) en el edificio de referencia, durante una semana típica en verano

• El análisis se realiza con el edificio sin climatización

• Se analizan las temperaturas operativas (To) en la planta 04

• Se contrastan los resultados del efecto de la inercia con otras estrategias de diseño,

relacionadas con la ventilación nocturna, la protección solar, y las fachadas y cubiertas

ventiladas

• Se sacan conclusiones acerca del impacto de la inercia en la envolvente térmica, en la

reducción de temperaturas operativas, para edificios bien aislados y estancos en climas

cálidos

• El programa de cálculo dinámico empleado es DesignBuilder 3.0.0.105, motor de

simulación EnergyPlus V. 7.2



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ESTUDIO COMPARATIVO

Zona de análisis:

• Planta 04

• Zona crítica para el

sobrecalentamiento

Parámetros:

• Temperaturas operativas (To)

Fuente: E. Vaqué

Temperatura operativa To ≈ (Ta +

Tmr)2



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ESTUDIO COMPARATIVO

Inercia en los cerramientos

• 3 cerramientos de inercia variada, plantas 03-04

1. Caso Ligero

2. Caso Madera Optimizada

3. Caso Pesado

• Se ajusta la inercia de la envolvente térmica

exterior (muros exteriores y cubierta), con

transmitancias idénticas

• Las demás condiciones de contorno se

mantienen exactamente iguales en los 3 casos

Fuente: E. Vaqué



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CONDICIONES CLIMÁTICAS: semana típica



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CONDICIONES DE CONTORNO

Estanqueidad al paso de aire (renovaciones n50)

• 0,6/h

Aire de renovación

• 0,35/h

• Programación: 24h/día

Ventilación natural

• 1,10/h [calculado con PHPP 2012: delta T = 1ºK & vel. viento = 0 m/s]

• Programación: activada cuando temp. aire int. ≥ 22ºC & temp. aire ext. ≤ 22ºC



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CONDICIONES DE CONTORNO

Ganancias internas medias: 2,12 W/m2



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VENTANAS & PROTECCIÓN SOLAR

Cristales: triples, 4-12-4-12-4, aire, bajo-e

• U= 1,16 [EN 673]

• g = 0,49

Carpinterías: madera [U = 1,10 W/m2.K]

• Ψ instalación = 0,04 W/m.K

• Ψ espaciador = 0,04 W/m.K

• U final equivalente = 1,67 W/m2.K

Protección solar

• Persianas apilables exteriores, altamente reflectivas

• Cerradas por usuarios/domótica cuando temperatura aire interior ≥ 24ºC

• Factor de reducción solar: 78%



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SOMBRAS POR EDIFICIOS VECINOS Y ARBOLES (ejemplo: 22 Junio, 7am)



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CERRAMIENTOS COMUNES: Solera

* Cálculos de inercia térmica: Davide Reggiani

Materiales [abajo > arriba] Espesor

(mm) Conductividad

(W/m.K) Calor especifico

(J/kg.K) Densidad (kg/m3)

Grava 200 1,000 920 2000

Aislamiento XPS 80 0,038 1000 38

Hormigón FM 2300-2600 200 2,000 1000 1400

Hormigón FM 2300-2500 50 2,300 1000 1400

Micro-cemento 60 1,800 1000 1600

Propiedades térmicas & de inercia* Valor Unidades

Transmitancia térmica U 0,382 W/m2.K

Factor de amortiguación fD 0,059 -

Desfase temporal Φ 14,7 h

Transmitancia térmica periódica Yie 0,022 W/m2.K

Capacidad térmica periódica interior 63 KJ/m2.K

Masa superficial 849 Kg/m2



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CERRAMIENTOS COMUNES: Forjados intermedios


(mm) Conductividad



Cartón yeso 15 0,210 1000 790

Aislamiento Pavaflex 42,30 0,038 2100 55

OSB 15 0,130 1700 650

Aire [10% madera] 120 1,470 1050 1450

OSB 15 0,130 1700 650

Mortero de cemento o cal 50 1,300 1000 1900

Aislamiento Pavapor 22 0,038 2100 135

Mortero de áridos ligeros 50 0,410 1000 900

Parqué de madera 20 0,140 1200 650

Propiedades térmicas & de inercia Valor Unidades





Capacidad térmica periódica interior 16,2 KJ/m2.K




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CERRAMIENTOS COMUNES: Muros exteriores P 00-01-02

Materiales [ext > int.] Espesor

(mm) Conductividad



Aislamiento XPS 80 0,038 1000 38

Hormigón armado 250 2,300 1000 2400

Ytong 200 0,110 1000 400

Yeso 15 0,400 1000 800










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MURO EXTERIOR: Caso Ligero [ventilado]


(mm) Conductividad



Aglomerado 15 0,140 1800 650

Aislamiento Rockwool 180 0,037 830 30

OSB 15 0,130 1700 650


Cartón yeso 13 0,210 1000 790










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MURO EXTERIOR: Caso Madera Optimizada [ventilado]


(mm) Conductividad



Aislamiento Isoroof 52 0,047 2100 240

Celulosa [10% madera] 160 0,048 2100 35

OSB 15 0,130 1700 650

Aislamiento Pavaflex 60 0,038 2100 55

Cartón yeso 13 0,210 1000 790










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MURO EXTERIOR: Caso Pesado [ventilado]


(mm) Conductividad



Aislamiento Rock SATE 176,3 0,038 830 110

1 pie LP métrico o catalán 280 0,634 1000 1150


Cartón yeso 12,50 0,210 1000 790










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CUBIERTA: Caso Ligero [ventilada]


(mm) Conductividad



Cartón yeso 12,50 0,210 1000 790


OSB 15 0,130 1700 650

Aislamiento Rockwool 192,50 0,037 830 30

Aglomerado 15 0,140 1800 650










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CUBIERTA: Caso Madera Optimizada [ventilada]


(mm) Conductividad



Panel de yeso Fermacell 15 0,320 1100 1150


OSB 15 0,130 1700 650

Aislamiento Pavawall 185 0,040 2100 150

Aislamiento Isoroof 35 0,047 2100 240










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CUBIERTA: Caso Pesado [ventilada]


(mm) Conductividad



Cartón yeso 12,50 0,210 1000 790


FU entrevigado cerámico 300 0,938 1000 1110

Aislamiento XPS 196,30 0,038 1000 38

Mortero de áridos ligeros 50 0,410 1000 900









4 RESULTADOS & ANÁLISIS

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RESULTADOS: Temperaturas operativas Planta 04

Parámetro CASO

LIGERO

CASO MADERA

OPT.

Variación: Mad. opt. >

Ligero

CASO PESADO

Variación: Pesado >

Ligero

To max. (°C) 30,33 29,96 -0,37 29,57 -0,76

To media (°C) 28,25 28,17 -0,09 27,83 -0,43

To min. (°C) 25,14 25,32 0,18 25,34 0,20

Delta T max. <> min. (ºC) 5,19 4,64 -0,55 4,23 -0,96

Humedad relativa media (%) 51,23 51,41 - 52,22 -



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RESULTADOS: Temperaturas operativas Planta 04

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T o (º

C)

Hora

Temperatura operativas Planta 04, 22 -28 Junio

CASO LIGERO

CASO MAD. OPT.

CASO PESADO



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ANÁLISIS: Efecto de la ventilación natural nocturna

• Se contrasta el efecto de la inercia con el efecto de la ventilación nocturna

• Se presenta un escenario con 2 ventanas completamente abiertas por planta,

permitiendo una ventilación simple, cruzada, y con efecto chimenea, dando 3,1 renov./h

cuando la temperatura del aire int. ≥ 22ºC & temp. aire ext. ≤ 22ºC [calculado con PHPP

2012: delta T = 1ºK & vel. viento = 0 m/s]

• Se analizan las temperaturas operativas en la Planta 04 y la potencia de refrigeración de

la ventilación natural



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RESULTADOS: Efecto de la ventilación natural nocturna

Caso Base @ 1,1/h

ventilación nocturna

Caso Base @ 3,1/h

ventilación nocturna



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RESULTADOS: Efecto de la ventilación natural nocturna sobre temperaturas

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T o (º

C)

Hora

Temperaturas operativas Caso Base, Planta 04: Ventilación 1,1/h vs. 3,1/h

To Caso BaseVent. =(1,1/h)

To Caso BaseVent. = 3,1/h



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RESULTADOS: Efecto de la ventilación natural nocturna, potencia de refrigeración

-24-23-22-21-20-19-18-17-16-15-14-13-12-11-10

-9-8-7-6-5-4-3-2-101234

Po

ten

cia

de

re

frig

era

ció

n (

W/m

2)

Hora

Potencia de refrigeración con ventilación natural, Caso Base, Planta 04: Ventilación 1,1/h vs. 3,1/h

Vent. natural= 1,1/h(W/m2)

Vent. natural= 3,1/h(W/m2)

Vent. mec. +Vent. Nat.(1,1/h) +Infiltr.(renov/h)

Vent. mec. +Vent. Nat.(3,1/h) +Infiltr.(renov/h)



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ANÁLISIS: Efecto de la protección solar

• Se contrasta el efecto de la inercia con el efecto de la protección solar

• Se presenta un escenario donde no se cierran las persianas exteriores en todas las

ventanas de las plantas 03 & 04.

• Se comparan las temperaturas operativas en la Planta 04 con y sin protección solar en

las plantas 03 & 04



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RESULTADOS: Efecto de la protección solar sobre temperaturas

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T o (º

C)

Hora

Temperatura operativas Caso Base, Planta 04: Con protección solar vs. sin protección solar P 03-04

To con prot.solar (°C)

To sin prot.solar P 03-04(°C)



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ANÁLISIS: Efecto de fachadas y cubierta ventiladas

• Se contrasta el efecto de la inercia con el efecto de las fachadas y cubierta ventilada

• Se comparan las temperaturas operativas en la Planta 04 con y sin fachadas y cubierta

ventiladas en las plantas 03 & 04



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RESULTADOS: Efecto de fachadas y cubierta ventiladas sobre temperaturas

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T o (º

C)

Hora

Temperatura operativas Caso Base, Planta 04: Con fachadas y cubierta ventiladas vs. fachadas y cubierta no ventiladas P 03-04

To confachadas &cubierta vent.(°C)

To sinfachadas &cubierta vent.(°C)


5 CONCLUSIONES

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CONCLUSIONES

• El efecto de la inercia sobre la reducción de temperaturas en el edificio de referencia es

pequeña (< 1K dif. To max. entre ligero y pesado). Si se aumenta la inercia térmica en

solo una parte de un edificio pasivo en un clima cálido- como estrategia de diseño única-

su efecto será limitado.

• Sin embargo, los resultados indican que la inercia juega un papel en la reducción de

temperaturas operativas en edificios pasivos.

• Para tener un mayor impacto, la inercia se tiene que integrar en una estrategia de diseño

integral, en combinación – por ejemplo- con la ventilación, la protección solar y las

fachadas y cubiertas ventiladas.

• Para el edificio en cuestión y el clima local, la protección solar, la ventilación nocturna y

las fachadas y cubiertas ventiladas, juegan un papel de igual o mayor importancia que la

inercia en la reducción de las temperaturas (> 1K dif. To max. entre los casos estudiados).

• Los resultados indican que la capacidad térmica del aislante es despreciable, para este

edificio y clima; sin embargo, se puede evaluar otros criterios a la hora de elegir un tipo

de aislante o otro (menor energía embebida-primaria no renovable, menor potencial de

calentamiento global & acidificación etc.)


5 CONCLUSIONES

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CONCLUSIONES

“La simple combinación de los componentes apropiados no es suficiente para construir un

edificio como casa pasiva – la integración total es de mayor importancia que la suma de las

partes individuales.”

Feist et al


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GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Mis agradecimientos a Davide Reggiani por su colaboración

Enlaces de interés

• www.progetic.com

• www.energiehaus.es

• www.eliavaque.com

http://www.progetic.com/

http://www.energiehaus.es/

http://www.eliavaque.com/

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