VI Seminario Latinoamericano y del Caribe de Eficiencia Energética 2014

Eficiencia Energética en Edificaciones en Ecuador:

Investigaciones realizadas por el INER

Agosto 21, 2014Managua, Nicaragua

Andrés Montero

CONTENIDO

1. El INER2. Eficiencia energética en edificaciones3. Urbano y territorio4. Edificaciones5. Materiales6. Publicaciones

INER: Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables

Creación28 de febrero de 2012 (Decreto Ejecutivo 1048)

Objetivo generalFomentar la investigación científica y tecnológica, innovación y formacióncientífica, la eficiencia energética, el desarrollo y uso de prácticas tecnológicasno contaminantes de bajo impacto, la diversificación de la matriz energéticanacional promoviendo la eficiencia, una mayor participación de energíasrenovables.

MisiónContribuir al desarrollo sostenible de la sociedad ecuatoriana, a través de lainvestigación científica y tecnológica, brindando insumos que faciliten lamasificación de las mejores prácticas y la implementación de políticas yproyectos, en el campo de la eficiencia energética y las energías renovables.

INER: Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Promover la eficiencia energética en edificación, fomentando investigación einnovación, con un enfoque de sostenibilidad que garantice la mejora decomportamiento holístico.

EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICACIONES

LÍNEAS DE TRABAJO: URBANO Y TERRITORIO

EDIFICACIONES

MATERIALES

EQUIPO DE TRABAJO: SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA

SIMULACIÓN ENERGÉTICA

OBJETIVO:

EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICACIONES

LÍNEAS DE TRABAJO:

URBANO Y TERRITORIO

EDIFICACIONES

MATERIALES

- Análisis de información meteorológica y clasificación climática. - Definición de criterios de eficiencia energética y sostenibilidad a escala

territorial.

- Edificios de bajo consumo energéticos para Yachay.- Diseño de edificaciones con alta eficiencia energética y utilización de

energías renovables para la estación “Pedro Vicente Maldonado” (INAE).- Evaluación de sistemas mecánicos de climatización para Guayaquil.- Análisis de ciclo de vida para viviendas sociales.- Vivienda y salud.

- Caracterización térmica de materiales y elementos constructivos para edificaciones sostenibles, mediante implementación de laboratorios.

URBANO Y TERRITORIO

Elaborar una plataforma de consulta en línea de variables meteorológicas, salud, población, etc.

• Recopilación de información satelital y validación.

• Zonificación climática nacional para eficiencia energética en edificaciones.

PLATAFORMA DE CONSULTA EN LÍNEA DE DATOS GEOESPACIALES

URBANO Y TERRITORIO

QUITO GUAYAQUIL ANTÁRTIDA

TRATAMIENTO Y VALIDACIÓN DE DATOS METEOROLÓGICOS

Elaboración de ficheros climáticos TMY para las ciudades de Guayaquil ,Quito y Antártida.

EDIFICACIONES

Sistemas constructivos actuales presentan propiedades térmicas deficientes y generan alto índice de disconfort.

PROBLEMÁTICA

CASA PROTOTIPO – LABORATORIO

Consumo elevado de energía por el uso de sistemas mecánicos de climatización.

Evaluación de edificios patrimoniales con materiales vernáculos en distintas condiciones de uso.

OPTIMIZACIÓN DE UN EDIFICIO DE OFICINAS

EVALUACIÓN DE EDIFICIOS PATRIMONIALES EN YACHAY

EDIFICIOS DE BAJO CONSUMO ENERGÉTICOS PARA YACHAY

EDIFICIOS DE BAJO CONSUMO ENERGÉTICOS PARA YACHAY

CASA PROTOTIPO LABORATORIO

Simulación energética de tres casos de estudio. Variable = materialidad

Identificar el nivel de aislación térmica requerido de acuerdo a las condiciones climáticas.

EDIFICACIONES

CA

SO 1 Cubierta

MurosPisoCristales

ZincBloqueConcretoVidrio simple

Metal + aislanteCaña guadua + balsaCaña guadua + balsaVidrio simple

CubiertaMurosPisoCristalesC

ASO

2

Metal + OSB + aislanteMadera + aislanteMadera + aislanteVidrio cámara

CubiertaMurosPisoCristalesC

ASO

3

0

500

1000

1500

2000

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Caso 1 Caso 2 Caso 3

2 per. media móvil (Caso 1) 2 per. media móvil (Caso 2) 2 per. media móvil (Caso 3)

• Simulaciones energéticas como herramienta para evaluación térmica de las viviendas sociales del Ecuador: Caso Yachay. (ISEREE 2013 – Ecuador)

• Edificaciones Sustentables: Caso Ecuador. Revista Tecnológica ESPOL (2013 – Ecuador)

32%

3%1%

DEMANDA ENERGÉTICA DE CLIMATIZACIÓN

EDIFICACIONES

RANGOS DE TEMPERATURA OPERATIVA

EDIFICIOS DE BAJO CONSUMO ENERGÉTICOS PARA YACHAY

CASA PROTOTIPO LABORATORIO

PROTOTIPO DE VIVIENDA – CASO 3

EDIFICACIONES

MONITORIZACIÓN

Monitoreo de datos meteorológicos y variables de confort interior en un prototipo de vivienda.

Temperatura y humedad exteriorRadiación solarDirección y Velocidad del vientoPresión atmosférica

Niveles de iluminación Niveles de ruidoNiveles de concentración de CO₂Temperatura del aire y superficial

DATOS EXTERIORES

EDIFICIOS DE BAJO CONSUMO ENERGÉTICOS PARA YACHAY

DATOS INTERIORES

EDIFICACIONES

MONITORIZACIÓN

- La mínima temperatura interior registrada para este período es de 19°C, a pesar de que la temperatura mínima exterior llega a 11°C.

- La temperatura interior tiene un comportamiento similar al de la temperatura exterior debido principalmente a la falta de masa térmica.

EDIFICIOS DE BAJO CONSUMO ENERGÉTICOS PARA YACHAY

10

15

20

25

30

35

0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Hora / día

REGISTRO DE TEMPERATURA 01 Abril - 05 Abril

T techo (int)

Tpared (int)

T aire(int)

T piso(int)

T vidrio(int)

T exterior

EDIFICACIONES

Identificar los factores que tienen mayor incidencia en el consumo energético de un edificio de oficinas en Yachay.

Análisis y optimización de estrategias pasivas y activas.

• Orientación y forma• Porcentaje de acristalamiento• Materiales opacos y cristales• Ventilación e iluminación natural • Protecciones solares exteriores

• Sistemas de iluminación artificial• Ventilación mecánica• Sistemas de climatización

VARIABLES PASIVAS

VARIABLES ACTIVAS

CONFIGURACIONES GEOMÉTRICAS

EDIFICIOS DE BAJO CONSUMO ENERGÉTICOS PARA YACHAY

RECORRIDO SOLAR

OPTIMIZACIÓN – EDIFICIO OFICINAS

EDIFICACIONES

EDIFICIOS DE BAJO CONSUMO ENERGÉTICOS PARA YACHAY

• Las cargas de refrigeración se reducen cuando las fachadas acristaladas se orientan en dirección Norte – Sur. Disminuyendo hasta en un 23% la demanda anual de refrigeración.

• El incremento del porcentaje de acristalamiento es mas crítico en las orientaciones Este-Oeste.

OPTIMIZACIÓN – EDIFICIO OFICINAS

-100000

-80000

-60000

-40000

-20000

0

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360

DEMANDA DE REFRIGERACIÓN SEGÚN ORIENTACIÓN (kWh/año)

Demanda de Refrigeración (kWh/año)

CONSUMOS DE REFRIGERACIÓN - PORCENTAJE DE ACRISTALAMIENTO

EDIFICACIONES

• Estimación de consumos energéticos de edificaciones patrimoniales restauradas en YACHAY con sistemas modernos.

• Estimación del confort térmico interior de los usuarios con los sistemas actuales. En las residencias los sistemas son pasivos.

• Realizar simulaciones energéticas en las edificaciones patrimoniales para estimar el consumo energético. Comparando los consumos estimados de acuerdo al uso de cada edificación.

• Educativas• Residenciales• Oficinas• Servicios

USOS DE LAS EDIFICACIONES

EDIFICIOS DE BAJO CONSUMO ENERGÉTICOS PARA YACHAY

COMPLEJO PATRIMONIAL

HACIENDA SAN JOSÉ

RESIDENCIAS PROFESORES

EDIFICACIONES

EDIFICACIONES DE ALTA EFICIENCIA ENERGÉTICA Y UTILIZACIÓN DE ENERGÍASRENOVABLES PARA LA ESTACIÓN “PEDRO VICENTE MALDONADO” DEL INAE.

Diseño y optimización energética de los módulosactuales y módulos propuestos de la base“PEDRO VICENTE MALDONADO”.

Análisis de recursos renovables como fuentes deenergía para la estación (Solar y eólico).

Sistema constructivo de la estación PVM genera muchas pérdidas de calor (poco aislante, alta tasa de infiltración, vidrio simple en varias zonas).

Necesidad de una estación que sea funcional durante todo el año.

DISEÑO DE EDIFICACIONES CON ALTA EFICIENCIA ENERGÉTICA

ESTACIÓN PVM - PROPUESTA

ESTACIÓN PVM – SITUACIÓN ACTUAL

EDIFICACIONES

DISEÑO DE EDIFICACIONES CON ALTA EFICIENCIA ENERGÉTICA

0

200

400

600

800

1000

Diésel paraelectricidad

Diésel paracalefacción

Diésel paraelectricidad

Diésel paracalefacción

Enero Febrero

Gal

on

es

de

dié

sel

Simulado Real

Calibración acertada en el consumo de diésel para calefacción. El consumo de diésel para generación eléctrica es mayor en el caso real. No se consideró el consumo de electricidad de la planta de tratamiento de agua en simulación.

El uso de 20 cm de aislante en las paredes de la estación y en la cubierta así como el uso de doble vidrio con marcos de PVC generaría un ahorro cercano al 60% en el consumo mensual de diésel para calefacción.

EDIFICACIONES

EVALUACIÓN DE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN PARA GUAYAQUIL

Comparación de sistemas de climatización convencionales y no convencionales

• Sistemas enfriados por aire y agua alimentados con paneles fotovoltaicos

• Sistemas de absorción alimentados por colectores solares térmicos

• Impacto del cambio climático a largo plazo en la demanda energética de las edificaciones

• Incremento en la carga pico y en la demanda energética para climatización

SISTEMAS ANALIZADOS

RESULTADOS

140

150

160

170

180

190

300

350

400

450

Actual 2020 2050 2080

Car

ga P

ico

[kW

]

De

man

da

en

erg

éti

ca

[MW

h]

Demanda anual Carga Pico

EDIFICACIONES

EVALUACIÓN DE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN PARA GUAYAQUIL

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

Enfriado por aire conectado ala red

Enfriado por agua conectado ala red

Enfriado por aire conectadoalimentado con PV

Enfriado por agua conectadoalimentado con PV

Absorción

FACTOR DE CONSUMO DE ENERGÍA PRIMARIA ANUAL

Actual 2020 2050 2080

0

50

100

150

200

250

300

Sistema constructivo actual Sistema constructivo propuesto

Car

ga p

ico

[kW

]

Carga pico de refrigeraciónSistemas alimentados por paneles PV generan un ahorro de hasta 67% en el consumo de energía primaria.

Reducción de hasta un 45% en la carga pico por el uso de materiales constructivos más eficientes.

Análisis multicriterio y enfoque de ciclo de vida para evaluación de sostenibilidad de vivienda social en Ecuador.

HUELLA AMBIENTAL DE VIVIENDA GENÉRICA Y PROTOTIPOS: COSTA-SIERRA-ORIENTE

EDIFICACIONES

CONSUMO ENERGÉTICO DE VIVIENDA GENÉRICA Y PROTOTIPOS: COSTA - SIERRA - ORIENTE

CICLO DE VIDA PARA VIVIENDAS SOCIALES

VIVIENDA SOCIAL

PROTOTIPO DE VIVIENDA POR REGIÓN (MIDUVI)

VIVIENDA GENÉRICA (MIDUVI)

0

0.5

1AD

GW

O

PO

A

E

Prototype Generic

0

0.5

1AD

GW

O

PO

A

E

Prototype Generic

EDIFICACIONES

AMBIENTE, VIVIENDA Y SALUD Análisis prospectivo de las enfermedadesinfecciosas y su asociación con variablesrelacionadas a las condiciones ambientales yde las viviendas en Ecuador. (INSPI – INER)

VIVIENDA Y SALUD

• Materiales constructivos que conforman laenvolvente de viviendas en Ecuador:cubierta, paredes, piso.

• Casos registrados de enfermedades: Infecciónrespiratoria aguda (IRA), Enfermedad DiarreicaAguda (EDA), Enfermedades transmitidas porVectores(Vct)

• Variables Ambientales: precipitación anual,temperatura, índice de vegetación.

MATERIALES

CARACTERIZACIÓN TÉRMICA DE MATERIALES Y ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS PARA EDIFICACIONES SOSTENIBLES, MEDIANTE IMPLEMENTACIÓN DE LABORATORIOS

Implementación de laboratorios paracaracterización térmica de materialesde construcción en EPN y ESPOL.

• Generar una base de datos sobre las características térmico-mecánicas de materiales y sistemas estructurales.

• Proveer servicios certificados sobre caracterización térmico-mecánica de materiales a nivel nacional y regional.

¿Por qué la necesidad de un laboratorio?

- No existe información sobre propiedades térmicas de productos locales.

- La información existente se basa en fuentes internacionales (ej.: Europa y Norteamérica).

- Necesidad de formar y fortalecer capacidades técnicas.

- No existen estándares y normativas que regulen materiales a utilizarse en la construcción considerando eficiencia energética.

MATERIALES

CARACTERIZACIÓN TÉRMICA DE MATERIALES Y ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS PARA EDIFICACIONES SOSTENIBLES, MEDIANTE IMPLEMENTACIÓN DE LABORATORIOS

PUBLICACIONES

Simulaciones energéticas como herramienta para evaluación térmica de las viviendas sociales del Ecuador: Caso Yachay. Congreso y Expo Científica ISEREE (Ecuador - 2013).

Edificaciones Sustentables: Caso Ecuador. Revista Tecnológica ESPOL (Ecuador - 2013).

Homogeneidad y variabilidad espacial de series meteorológicas del área del proyecto “Ciudad del Conocimiento - Yachay". Revista Avances en Ciencia e Ingeniería (Ecuador - 2013).

Performance analysis with future predictions of different solar cooling systems in Guayaquil, Ecuador. ASME 8th International Conference on Energy Sustainability (Estados Unidos - 2014).

Study of Solar Assisted Cooling Technologies for Two Different Climates. 8th International Conference on Energy Sustainability (Estados Unidos - ASME 2014).

Design and planning of a zero energy building prototype with integrated renewable energy systems. Master thesis dissertation. École des Mines de Nantes (Francia - 2013).

Diseño de edificaciones con alta eficiencia energética y utilización de energías renovables para la estación Pedro Vicente Maldonado del Instituto Nacional Antártico Ecuatoriano. VII Congreso Latinoamericano de Ciencia Antártica (Chile - 2013).

EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICACIONES

EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICACIONES

ARTÍCULOS EN ELABORACIÓN

Implementation of GIS methodology and passive strategies to improve the quality of social housing in the Andean region of Ecuador. World Sustainable Building Conference (España - 2014).

Coupling multi-criteria analysis and life cycle approach for sustainability assessment of social housing in Ecuador. BauSIM 2014 Conference (Alemania - 2014).

Spatio-temporal analysis of infectious diseases and its association with variables related to climatic and housing conditions in Ecuador. The 5th Biennal Conference of the International Association for Ecology & Health-EcoHealth (Canadá - 2014).

Hybrid energy system for Pedro Vicente Maldonado research station on Antarctica.

PUBLICACIONES

MUCHAS GRACIAS

Les invitamos a participar en WebINER: http://www.webiner.iner.ec/es-ES/

andres.montero@iner.gob.ec

Dirección: Av. 6 de Diciembre N33-32 e Ignacio Bossano, edificio Torre Bossano.Quito – Ecuador

Teléfonos: + 593 (0) 2 3931390

Sitio Web: www.iner.gob.ec

E-mail: info@iner.gob.ec

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