Introducción a la Arquitectura Solar Materia electiva: IAS 2013 Segundo cuatrimestre
Introducción a la Arquitectura Solar Solar Dres. Profs. Arqs. John Martin Evans y Silvia de Schiller Adjunto a cargo: Arq. Javier Sartorio Sartorio Centro de Investigación Hábitat y Energía Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo Universidad de Buenos Aires
Arquitectura Solar y Diseño con energías renovables Contenidos • Energía en el mundo y en Argentina • Energía solar en el mundo y en arquitectura • Energía en edificios en Argentina • Energía solar en el hábitat construido • Programa IAS 2013 • Ejemplos Objetivo: Presentar una visión del uso la energía solar en la necesaria transformación de la matriz energética mundial y nacional Importancia del uso racional de la energía Energías renovables en edificios: contexto, antecedentes,
Alta dependencia en energías fósiles: 87 % 1% 6% 6%
Oferta mundial de energía, 2006 0% Petroleo Carbon
36% 23%
Gas Hidroelectricidad Nuclear Renovables Renovables (no electricos)
Crecimiento de la población mundial 8000 7000 6000 5000
8000
4000
7000
3000
6000
2000
5000
1000
4000 3000
0 1900
1920
1940
1960
1980
2000
2020
2000 1000
Emisiones de gases efecto invernadero Fuente: IPPC Grupo de Trabajo 1, 4AR 2007: 4th Assessment Report Cambio en el balance de radiación de la tierra
e d e a c r n r e a i l a T b l a l e e n d e n o ó
Emisiones vs Población mundial Entre 1955 a 2005, 50 años: Aumento GEI
= 400 %
Aumento población = 250 % 7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
Relación entre PBI / Capita vs vs kW kW / Capita Tendencias
Distribución mundial de energía solar
Recurso solar •
Máxima intensidad de radiación solar disponible
1373 W/m2
Constante solar: con leve variación según distancia sol-tierra
•
Máximo a nivel del mar
1000 W/m2
Con la absorción de la atmosfera
•
Promedio recibido, capa superior de la atmosfera 343 W/m2 Tomando en cuenta rotación de la tierra y su curvatura
•
Prom Promed edio io reci recibid bido o en la super superfi fici cie e de la tier tierra ra W/m2
172 17 2
Con variaciones hasta 240 W/m2 en lugares favorables
•
Promedio intensidad de radiación solar en invierno W/m2 Muy variable según latitud y clima
1200 1000 800 600 400
10 - 150
Radiación, Watts/m2
Energía en Argentina Demanda de energía y fuentes convencionales Dependencia en energía no renovable Reservas probadas de energía fósil Impactos ambientales de la energía Recursos de energía solar en Argentina • medición de la intensidad de radiación solar • evaluación y simulación • distribución del recurso solar: mapas
Fuentes de energía en Argentina Gas
49,7 %
Petróleo
39,0 %
Hidro
4,9 %
Nuclear
2,8 %
Bagazo
1,2 %
Leña
1,1 %
Carbón
0,5 %
Otros
0,8 %
Dependencia en combustibles fósiles 89,2 %
Bagazo 1% Leña Carbón 1% Mineral 0%
Primarios 1%
Energía Hidráulica 5% Nuclear 3%
Petróleo 39%
Gas Natural 50%
Fuentes de energía en Argentina: Gas Reservas: Producción: Disponible:
1980-2008: reducción de 48 a 8 (40) años en 28 años 1980-2006: aumento sostenido 8 años de reservas, con producción actual. Menores reservas, mas extracción, mas exportación.
55 50
Producción: Millones de TEP)
45
Reservas (Años)
40 35 30 25 20 15 10 5
35 30 Gas 25
Petroleo
20 15 10 5 0 1985
1990
1995
2000
2005
2010
Reservas de gas y petróleo En 1989, las reservas probadas permitían satisfacer la demanda durante 14 años (petróleo) y 32 años (gas), y en 2009, 10 y 8 años respectivamente.
Uso de energía en vivienda La demanda depende de: - Comportamiento de los usuarios - Diseño de los edificios: • Forma, orientación, materiales, aberturas, colores, etc. - Diseño y funcionamiento de los artefactos: artefactos: • Eficiencia, forma, facilidad de uso
Artefactos que pueden funcionar con energía renovable: • Cocinas • Calefones • Luminarias • Calefactores
Agua y cocción; 12%
Otros usos; 17%
Iluminación; 8%
Refrigeración; 5% Calefacción;
Radiación solar disponible Enero kWHrs/día
Referencia: Atlas de energía solar de la República Argentina Hugo Grossi
Radiación solar disponible Junio kWHrs/día
Referencia: Atlas de energía solar de la República Argentina Hugo Grossi
Medición de radiación solar Estación del CIHE-FADU-UBA: 10 años de registros
1200 1000 800 600 400
Radiación, Watts/m2
Uso de energía en el hábitat construido En Argentina cerca del 40 % de todos los recursos energéticos primarios del país corresponden a edificios, similar a otros países aún en climas muy fríos con mayor demanda de calefacción o en climas muy cálidos con mayor uso de refrigeración. Energía en Edificios > Energía en Industria Energía en Edificios > Energía en Transporte Por lo tanto: el
Sector Edilicio ofrece gran potencial de ahorro de energía y reducción de impacto
Uso de energía en el hábitat construido Distribución de energía por sectores en Argentina Industria 28% Otros 6%
Transporte 29%
Edificios 37%
Potencial de ahorro:
El 80 % aprox. de la energía utilizada en edificios corresponde al acondicionamiento ambiental de espacios habitables: calefacción, refrigeración, iluminación y ventilación.
Gran potencial de ahorro de energía a través de: 1. diseñ diseño o de edifi edifici cios: os: estrategias bioambientales de captación solar, protección y conservación de energía. 2. elecció elección n de insta instalac lacione iones: s: aislantes térmicos, sistemas solares, iluminación eficiente, calidad, confort
1,5 millón de equipos de refrigeración vendidos, 2005
Indicador, pérdidas de calor: Río Gallegos -1
0
+1 +2 +3
+3 +2 +1 -1
0
Emisiones de GEI de los edificios % de emisiones emisiones GEI GEI 14 Acon Acondicion diciona amiento miento
4 5 1
Otros usos en edificios Producción materiales Transporte Otros usos
76
Resultado: • Emisiones producidas en edificios en Argentina: 24-25 % del total nacional de emisiones.
Emisiones de GEI de los edificios
Arge A rgentin ntina a Estados Unidos Europa
0
10
20
30
40
50
Contribución de los edificios al efecto invernadero: Europa: ~ 40% del total EE UU: ~ 38% del total Argentina: ~ 25 %
Emisiones de GEI de los edificios Argentina • Alta incidencia de las emisiones del agro y el suelo (gas
metano), también de la industria y los deshechos (relleno sanitario). Por lo tanto: menor % de emisiones de edificios. • Energías convencionales usadas en edificios: relativamente limpias. – Combustible principal en edificios: gas natural, el más limpio de los combustibles fósiles. – Artefactos de gas: gas: más eficientes, por. ej., estufa tiro balanceado: 60 %. – Electricidad, fuentes de energía primaria: • 10 % nuclear (limpia?) • 50 % hidroelectricidad (limpia?), - variación según régimen anual de lluvias. • 40 % gas natural, principalmente con ciclo combinado, plantas eficientes, con otros combustibles fósiles.
Línea de base: conservación de energía Códigos de Edificación en Argentina: sin normas nacionales o requisitos de aislantes térmicos (hay en la Prov. B. A. ). Viviendas de interés interés social: social: ‘Normas Mínimas de Habitabilidad’ Habitabilidad’ de la Subsecretaría de Vivienda, solo exigen cumplimiento de Norma IRAM 11.604 y Nivel C de Norma IRAM 11.605, para asegurar control parcial control parcial de riesgo de condensación. Optimización: mayor espesor de aislantes = menor costo en uso = valor anual de energía + aislantes + equipos de calefacción. Comparación regional: las normas obligatorias en obligatorias en el sur de Chile exigen espesor de aislantes 4 veces mayor a las normas voluntarias de voluntarias de Argentina para las mismas
Energía solar Sistemas solares de calentamiento de agua Paneles fotovoltaicos FV Integración en arquitectura
Energía solar en vivienda Sistemas solares pasivos Calefacción de espacios interiores Proyectos en Bariloche
Construyendo colectores solares
PYMES Fabricación en talleres
Plataforma de Energía Solar Térmica INTI
Ejemplos de instalaciones solares térmicas en Argentina
Termosifón mochilla
Concentración lineal
Tubos evacuados
Instalación en oficinas
Cocina Solar Diseño DI Nicolás Cuartas, Director J. M. Evans CIHE-SI-FADU-UBA Desarrollo con mediciones de alternativas de diseño en escala
Cocina solar: Tipo invertido Ventajas • Aspecto de un electrodoméstico • Altura conveniente • Vidrio protegido • Conservación de calor • Bajo costo, $250 [2003] + mano de obra • Estante de apoyo CIHE-SI-FADU-UBA
Energía solar Protección, captación y eficiencia Estudios y ensayos con maquetas en LEB-CIHE: heliodón, simulador del movimiento aparente del sol, durante el proceso de diseño.
Iluminación natural
Estudios de iluminación natural con maquetas en el cielo artificial del CIHE: simulación con cielo nublado normalizado.
Otros contactos útiles • • • • • • • •
http://www.inti.gob.ar/e-renova/ Portal de INTI con información sobre actividades en energías renovables y links externas http://www.asades.org.ar/ La Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente http://www.argentinarenovables.org/ La página de CADER, Cámara Argentina de Energías Renovables http://www.solarthermalworld.org/ http://www.wikipedia.org Artículos sobre energía solar térmica, fotovoltaica, población, etc. http://www.ises.org/ises.nsf!Open Pagina de la Sociedad Internacional de Energía Solar: eventos, publicaciones. http://fovisee.com/foro/ Foro de Vivienda Social y Eficiencia Energética. http://solarcooking.wikia.com/wiki/Category:Solar_cooker_plans
Programa IAS 2013 – 2do. cuatrimestre (ver programa en detalle) Primera etapa 1. Introducción: presentación de la Materia. 2. Recurso solar y clima: estudio de la oferta. 3. Protección y Captación solar: diseño y trayectoria solar. 4. Forma arquitectónica y sistemas solares: diseño de la envolvente. 5. Sistemas de captación: sistemas solares pasivos. - ESQUICIO Segunda etapa 6. Conservación de Energía: Materiales aislantes y de almacenamiento. 7. Coeficiente G y Cociente Carga Colector: dimensionado de sistemas solares pasivos. 8. Colectores solares planos: calentamiento de agua. 9. Tecnología fotovoltaica FV en arquitectura. Tercera etapa 10 a 13. Desarrollo del proyecto y correcciones. 14. Entrega final: proyecto + carpeta del proceso de diseño con TPs. 15. Actas y firma de libretas.
IAS 2013 – Trabajo Práctico N°1 (ver enunciado en detalle) Pasos 1. Elegir una obra de Arquitectura con un Sistema Solar de Calefacción Para Diseño Industrial, elegir un sistema u objeto que funcione con energía solar térmica, aplicable a la arquitectura o independiente de ella. 2. Presentar Documentación Gráfica que lo describa claramente 3. Realizar una Descripción del Funcionamiento Captación, Distribución y Acumulación, Entrega de calor y aislación nocturna y/o para conservación de energía 4. Conclusiones Relación con el clima en el que está emplazado o con el uso, grado de integración arquitectónica.
