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000087034 1001_ $$aRezvani, Fahimeh
000087034 24500 $$aEnergy modelling and U-value calculation of Scottish house elements: assessment of thermal performance improvements
000087034 260__ $$aZaragoza$$bUniversidad de Zaragoza, Prensas de la Universidad$$c2019
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000087034 4900_ $$aTesis de la Universidad de Zaragoza$$v2020-15$$x2254-7606
000087034 500__ $$aPresentado: 16 09 2019
000087034 502__ $$aTesis-Univ. Zaragoza, Instituto de Investigación Mixto CIRCE, 2019$$bZaragoza, Universidad de Zaragoza$$c2019
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000087034 520__ $$aEl cambio climático es un tremendo desafío a largo plazo al que se enfrenta el mundo. <br />Según la Agencia Internacional de Energía, las viviendas representan alrededor del 40% del <br />consumo mundial de energía, y las predicciones actuales muestran que si no se toman <br />medidas definitivas, la tendencia continuará. Según Baetens, las emisiones de gases de <br />efecto invernadero de las viviendas en los países desarrollados son responsables de alrededor <br />del 35% de las emisiones. Se están realizando muchos esfuerzos en todo el mundo para reducir <br />el consumo de energía en las viviendas, ayudando a mitigar de este modo el calentamiento <br />global. Mediante la mejora de la eficiencia energética en los edificios, es posible reducir el <br />consumo total de energía de la UE en un 6-7%, y las emisiones de CO2 en un 6%. En la <br />actualidad, las medidas más destacadas se centran en un mayor uso de las tecnologías <br />renovables. <br />El Reino Unido alcanzó las 559 millones de toneladas de emisiones anuales de CO2, de las que <br />el 28% están directamente relacionadas con la energía utilizada en las casas. El gobierno <br />escocés estima que aproximadamente un tercio de la energía podría ahorrarse mediante la <br />implementación de medidas sencillas de ahorro de energía. De este modo, Escocia es uno de <br />los países con unos objetivos de reducción de carbono más ambiciosos del mundo, que incluyen <br />la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en un 42% para 2020 y en un 80% <br />para 2050, con respecto a los niveles de 1990. Las casas tradicionales representan una cuarta <br />parte de las viviendas existentes en el Reino Unido. Para garantizar que cualquier reforma <br />propuesta sea beneficiosa y efectiva se requiere una cuidadosa planificación y atención, de <br />modo que se pueda preservar el carácter histórico de los edificios. Es esencial comprender el <br />tipo de estructura, los elementos utilizados y los posibles efectos de cualquier modificación <br />propuesta en estas casas. Hay más de 600 zonas de conservación y 46.000 casas listadas de <br />interés arquitectónico o histórico en Escocia. La nación en su conjunto reconoce que es esencial <br />que se preste la debida atención a preservar el carácter de estos edificios y áreas tradicionales. <br />Además, en línea con los objetivos nacionales e internacionales sobre la reducción de CO2, es <br />esencial que las renovaciones de edificios antiguos aprovechen al máximo las prácticas <br />existentes y emergentes para aumentar la eficiencia energética. Además es fundamental no <br />hacerlo de una manera que comprometa la integridad de las casas, el confort, ni la salud de los <br />ocupantes. <br />A menudo, las construcciones históricas ofrecen beneficios naturales para el bienestar de los <br />usuarios. Muchas de ellas fueron planeadas cuidadosamente con grandes espacios naturales, <br />altos niveles de luz y otros aspectos que conducen al bienestar. En este sentido, es necesario <br />encontrar un balance entre la disminución de las emisiones de carbono y el mantenimiento de <br />las condiciones de bienestar en las viviendas. Por tanto, el desafío es renovar las casas antiguas <br />a un estándar de eficiencia energética que promueva y mantenga sus beneficios para la salud. <br />La renovación de las viviendas tradicionales hacia viviendas de bajo consumo de energía podría <br />tener consecuencias adversas e involuntarias que implicarían una disminución de la <br />iluminación natural y la calidad del aire interior, junto con otros riesgos, como el<br />sobrecalentamiento de los espacios habitables. Una combinación de técnicas de ventilación <br />natural y uso de calefacción radiante crearía un ambiente más sostenible y saludable. Otra <br />solución para mejorar la calidad del aire sería evitar determinados productos y materiales que <br />retengan la humedad y emitan sustancias químicas peligrosas. La mayor parte de la literatura <br />señala que una parte significativa del consumo de energía en las viviendas depende de las <br />pérdidas de energía a través de los componentes de la vivienda, como consecuencia del <br />deficiente comportamiento térmico de los componentes actuales, especialmente de las ventanas . <br />Hay una falta de información sobre temas relacionados con la salud y la calidad del aire interior <br />de las viviendas. Las desventajas de las técnicas constructivas que se aplican comúnmente para <br />mejorar la eficiencia energética en viviendas no se han evaluado adecuadamente. No obstante, <br />unos pocos estudios muestran que la renovación de una vivienda puede tener resultados <br />adversos que impliquen una disminución de la iluminación, el sobrecalentamiento y el <br />deterioro de la calidad del aire interior. Con respecto al balance energético de las casas, las <br />pérdidas por transmisión de calor a través de los muros opacos son uno de los términos más <br />importantes del balance. La estimación de la eficiencia térmica de los elementos opacos <br />conlleva diversas dificultades, entre las que destacan la falta de datos apropiados para simular <br />el comportamiento energético del edificio con software de tipo dinámico o estático. Además, <br />es esencial el planteamiento de mejoras en las nuevas herramientas de simulación de energía <br />usadas en viviendas tradicionales, agregando bases de datos específicas que incorporen <br />propiedades termofísicas de los elementos de la casa e información más apropiada relacionada <br />con las técnicas de construcción tradicionales. <br />La integración de las energías renovables y el ahorro de la energía en las viviendas permiten <br />avanzar por una senda que extiende la duración de los combustibles fósiles, a la vez que <br />contribuye a descontaminar el medio ambiente. El reconocimiento de las características <br />particulares de las viviendas tradicionales y la determinación de la mejor manera de satisfacer <br />sus necesidades es un paso fundamental hacia una mejor y más sostenible gestión de los <br />recursos existentes. Por lo tanto, es esencial tener en cuenta las características específicas de <br />estas viviendas y equilibrar todos los problemas asociados para mejorar tanto su calidad <br />ambiental interior como su eficiencia energética. <br />Los cálculos de la transmitancia térmica (U) son la base para la evaluación energética de las <br />viviendas, siendo una de las bases fundamentales de la legislación y la política energética del <br />sector residencial. La tesis analiza la relación existente entre la antigüedad de la casa, los <br />valores de U de sus componentes y su eficiencia energética. No hay ningún artículo científico <br />que cuantifique la relación exacta que existe entre la edad de la vivienda y los valores de U de <br />sus componentes, calculados mediante software específico. En consecuencia, este estudio <br />pretende evaluar esta relación, ya que este es uno de los factores importantes del <br />comportamiento térmico que guía las evaluaciones de eficiencia energética y la <br />implementación de medidas de eficiencia energética. El estudio no se limita solo a la <br />evaluación de los valores de U, sino que contribuye a un estudio más amplio de evaluación de <br />la sostenibilidad relacionando el efecto del aislamiento en la envolvente térmica, la eficiencia <br />energética y la calificación del impacto ambiental. Los resultados de este estudio proceden de <br />un total de cien casas tradicionales escocesas utilizadas como casos de estudio y ubicadas en <br />climas que presentan mínimas variaciones en sus condiciones, por lo que son más valiosos y <br />fiables. Aunque la solución seleccionada para la renovación de las viviendas hacia el estándar <br />de energía casi nula depende de las características de la vivienda y la zona climática, se observa <br />una relación directa entre los valores de U de los elementos, la antigüedad de una propiedad y <br />su eficiencia energética. Conforme más antiguas son las casas, se observa una menor <br />mejora/cambio en los valores de U. En este sentido, los valores de U de los elementos de las <br />viviendas construidas después de 1985 descienden con una pendiente mayor. El máximo <br />potencial de eficiencia energética se observa en las casas construidas entre 1540 y 1814. Al <br />analizar la calificación de impacto ambiental de las viviendas se observan resultados similares. <br />Por lo tanto, las casas tradicionales deberían ser prioritarias en los procesos de rehabilitación <br />energética. <br />Además de las viviendas tradicionales existentes, en la tesis también se estudian los estándares <br />de eficiencia energética para las viviendas nuevas. Cabe señalar que todas las nuevas viviendas <br />construidas a partir de finales de 2020 en los estados miembros de la Unión Europea deben ser <br />de energía casi cero. La tesis analiza los valores de U y los materiales utilizados en una vivienda <br />nueva típica ubicada en dos países europeos (Reino Unido y España) con diferentes <br />regulaciones y clima. También se estudia la influencia de los diferentes tipos de materiales y <br />valores de U en la eficiencia energética de las nuevas viviendas de acuerdo con los estándares. <br />Las mediciones in situ permiten evaluar mejor el comportamiento térmico de los muros <br />tradicionales. Sin embargo, en la actualidad, no hay suficientes datos experimentales <br />relacionados con las soluciones constructivas tradicionales. La tesis presenta los resultados de <br />medidas experimentales del valor de U en un conjunto de doce casas tradicionales escocesas y <br />evalúa la idoneidad de usar software de simulación energética para estimar los valores de U en <br />la construcción tradicional. Excepto en un caso de estudio, los resultados de las mediciones <br />realizadas en estas viviendas son generalmente más bajos que la transmitancia térmica <br />calculada mediante software. Los cálculos del valor de U en paredes construidas de ladrillo, <br />que presentan composiciones mejor definidas están más cerca de los resultados de las <br />mediciones in situ. Esta coincidencia se aprecia especialmente en soluciones que incorporan <br />una capa de aislamiento térmico, ya que los elementos aislantes parecen tener propiedades <br />térmicas similares a las declaradas por los fabricantes. <br />En los últimos años, los edificios han sido diseñados para estar mejor aislados y más <br />herméticamente sellados con objeto de mejorar su eficiencia energética. En términos <br />energéticos resulta útil, ya que permite tener una suficiente ventilación, reduciendo las pérdidas <br />de energía. Sin embargo, existe la preocupación de que los cambios realizados en la envolvente <br />del edificio para mejorar la eficiencia energética puedan conducir a una acumulación de <br />contaminantes y unos niveles de humedad excesivos en determinadas circunstancias. La tesis <br />presenta un completo estado del arte de diferentes aspectos que afectan a la calidad ambiental <br />interior y a la salud de los usuarios en los edificios, como las obras de rehabilitación, la calidad <br />del aire interior, los servicios de la casa, etc. La tesis ilustra cómo es posible implementar <br />prácticas sostenibles en la renovación de las viviendas tradicionales. Se presenta un enfoque <br />holístico e interdisciplinar basado en una apreciación y comprensión de las características <br />intrínsecas particulares de muchas viviendas antiguas, que es un reflejo de la manera en que se <br />han desarrollado a lo largo del tiempo; analizando los materiales y métodos de construcción <br />utilizados; las diferencias entre el comportamiento real y previsto; y el reconocimiento y <br />protección formal que ofrece la legislación. <br />Las ventanas, especialmente las tradicionales, se consideran el primer elemento constructivo <br />que debe ser reemplazado con el fin de reducir las pérdidas de calor en las viviendas. Debido <br />a su potencial de ahorro de energía, es imperativo elegir las ventanas más apropiadas, ya que <br />tienen una gran influencia durante el periodo de uso de la vivienda, con una vida útil de entre <br />20 y 50 años, o más. Diseñar ventanas adecuadamente, no solo mejora el ambiente térmico <br />interior, sino que también permite proporcionar ventilación natural e iluminación natural. Hay <br />varias razones para estudiar la eficiencia energética de las ventanas; por ejemplo, las pérdidas <br />y ganancias de calor a través de las ventanas representan alrededor del 30% de la energía <br />utilizada para la calefacción y refrigeración. Además, las ventanas influyen en las emisiones, <br />el confort térmico y las facturas de calefacción/refrigeración. Esta tesis analiza el estado del <br />arte de varios parámetros relacionados con la eficiencia energética de las ventanas, como los <br />tipos de ventanas, las opciones de reparación o reemplazo, la calidad del vidrio, los tipos de <br />marcos, la pintura de las ventanas, etc. Además se estudian concisamente otros factores como <br />la transferencia de calor, la infiltración, el riesgo de condensación, el aislamiento frente al ruido <br />y la protección ultravioleta. También se analizan brevemente las tecnologías de ventanas <br />futuras, como por ejemplo, las ventanas de cero-energía, las ventanas integradas, el <br />acristalamiento dinámico, los materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés), las <br />ventanas con células solares semitransparentes y las ventanas altamente aislantes, como el <br />acristalamiento al vacío. <br />Finalmente, la tesis evalúa la influencia de las ventanas en la eficiencia energética de toda la <br />casa, considerando el mismo conjunto de doce casas tradicionales escocesas mencionadas <br />anteriormente. A partir de este análisis, se puede concluir que es prioritario reemplazar las <br />ventanas de acristalamiento simple debido a su deficiente condición térmica, las emisiones de <br />carbono dominantes asociadas y su mayor potencial de ahorro de energía en caso de ser <br />reemplazadas. En el caso del doble acristalamiento, se sugiere su reparación debido a la mayor <br />cantidad de carbono incorporado y al mayor coste económico asociado a su reemplazo. Al <br />comparar la iluminación diurna de estas casas tradicionales con los requisitos establecidos para <br />nuevas construcciones en el estándar LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), <br />se observa que la iluminación diurna en todos los casos de estudios está en mal estado. Una <br />posible solución podría ser usar un vidrio transparente no oscuro, ya que el color del vidrio no <br />influye en el valor de U, pero es un factor importante para la iluminación diurna. <br />
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