Manual Edificios Energéticamente Eficientes [final] · PDF fileEdificio energéticamente ... diseño solar pasivo o tecnologías solares activas ... Manual para la Construcción de

UNIVERSIDADDECOSTARICA

TrabajoComunalUniversitario

TC‐463Solucionesenergéticasparalavidacotidiana

Profesores:JorgeA.RomeroC.,AllanChinWoC.

Construcción de Edificios Energéticamente Eficientes

Sergio Bonilla Hernández

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RealizadoduranteelcicloI‐2009

Fotos:HolcimCostaRicaSanRafaeldeAlajuela

UNIVERSIDADDECOSTARICATrabajoComunalUniversitarioTC‐463SolucionesenergéticasparalavidacotidianaProfesores:JorgeA.RomeroC.,AllanChinWoC.

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Eficiencia Energética y la Construcción

Eficienciaenergética

Laeficienciaenergéticaeselconjuntodeaccionesquepermitenoptimizarlarelaciónentrela cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos. Esto sepuede lograr a través de la implementación de diversas medidas e inversiones a niveltecnológico, de gestión y de hábitos culturales tanto en la casa como en la oficina y engeneral,enlacomunidad.

Los individuos y las organizaciones que son consumidores directos de la energía puedenahorrar energía para reducir costos energéticos y promover sostenibilidad económica,política y ambiental. Los usuarios industriales y comerciales pueden aumentar eficacia ymaximizarasísubeneficio.Entrelaspreocupacionesactualesestáelahorrodeenergíayelefectomedioambientaldelageneracióndeenergíaeléctrica.

Edificioenergéticamenteeficiente

Un edificio energéticamente eficiente es aquelque minimiza el uso de las energíasconvencionales (en particular la energía norenovable), a fin de ahorrar y hacer un usoracionaldelaenergía.

Dado que eficiencia energética surge delcocienteentre laenergíaútiloutilizadaporunsistemay laenergíatotalutilizadaesnecesarioestablecer un criterio para definir la energíatotal utilizada. También se la denominarendimientoenergético.

En la medida que el consumo de energía porunidad de producto producido o de servicioprestado sea cada vez menor, aumenta laeficienciaenergética.Tantolatecnologíadisponible,comoloshábitosresponsables,hacenposibleunmenorconsumodeenergía,mejorando lacompetitividadde lasempresasy lacalidaddevidapersonal.

Edificioenergéticamenteeficiente


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Losedificiosenergéticamenteeficientessepuedendividirentrescategorías:

• Edificiodebajaenergía

• Edificiosultrabajaenergía

• Edificioenergíacero

• Edificiodeenergíaplus

Edificiodebajaenergía

Genéricamente,unedificiodebajaenergíaesuntipodeedificioqueutilizamenosenergíaque un edificio o vivienda convencional. Para acceder a esta categoría es usual que eledificioocasadebaconsumirlamitaddelaenergíarespectoalosestándaresdelasnormasdeeficienciaenergéticaediliciadelospaísesquelaposeen.

Con frecuencia es posible aplicar el término a un edificio cuyos niveles de consumo deenergía se encuentren por debajo de los estándares exigidos por normas o códigos de

edificación del país donde selocalice. Dado que losestándares nacionales varíansignificativamentedeunpaísaotro, lo que en uno puedeconsiderarsede"bajaenergía",en otro puede ser prácticanormal.

Los edificios de baja energíautilizan típicamente altosnivelesdeaislamientotérmico,eficiencia energética, ventanascon doble o triple vidriado debaja emisividad (DVH), bajosniveles de infiltración de aire,uso de sistemas de

recuperacióndecalor,entreotrasestrategias.Ydesdeyaesexcluyenteelusodetécnicasdediseñosolarpasivootecnologíassolaresactivas.

Edificiosdeultrabajaenergía

Sivemosmásalládeesteconceptonosencontramosconconceptoscomoedificiosdeultrabajaenergía. El balanceentre ingresos y egresosdebe sermuypróximoa cero (+/‐ 10%)

Edificacióndebajaenergía


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independientementequeestéconectadoalasredesurbanasdeservicios(electricidad,gasnatural, gas propano‐butano (gas de refinería), agua, calefacción distrital, desagüespluviales,desagüescloacales,entreotros).Enunade lasvariantesdelamplioespectrodelos edificios catalogados comode energía ultra baja, implicaminimizar la importacióndeenergíaparasufuncionamiento.

Edificiodeenergíacero

Unedificioenergíacero(EEC)oedificioenergíanetaceroesuntérminoaplicadoaedificioscon un consumo de energía neta cercana a cero en un año típico. En otras palabras, laenergíaprovienedelpropioedificiomediante fuentesdeenergías renovablesquedeberáserigualalaenergíademandadaporeledificio.

Demandaenergía=Generaciónenergía

Aunque los edificios energía cero siguen siendo infrecuentes en los países desarrollados,estánganandoenimportanciaypopularidad.Laproximidaddehacermasivoslosedificiosenergía cero implica una solución potencial a una gama de problemas sociales yambientales.

Edificiodeenergíaplus

Sonlosedificiosqueproducenunexcesodeenergía.Sepuedenutilizarvariastecnologíasdemicrogeneraciónparaproporcionarcaloryelectricidadaledificio.

Electricidad: mediante celdas solares(fotovoltaicos), aerogeneradores (energíaeólica) y celdas de combustible(hidrógeno).

Calor: mediante biocombustibles,biomasa,colectoressolarestérmicos(aguacaliente, aire caliente, vapor a bajapresión), acumulación en lamasa térmicadel edificio, muros de agua y entre otrasestrategias térmicas del arsenalbioclimático,sintetizadosenlacasapasiva.Con estas técnicas puede brindarse

calefacción,refrescamientoyhastarefrigeraciónalosambientesdelacasaoedificio.

Fluctuacionesenlademanda:Parahacerfrenteafluctuacionesenlademandadecaloroenergía eléctrica, los edificios de energía cero, usualmente están conectados a la red yposeenmedidoresdedoblevía.Deestamaneraexportanelectricidadduranteeldíay la

Viviendadeenergíaplus


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importan durante la noche. La gran ventaja es evitar los altos costos de las bateríasestacionariasysumantenimientoparaacumularlaelectricidad.

Diseñoyconstrucción

Paraalcanzarunusomínimodelaenergía,eldiseñoylaconstruccióndelosedificiosbajaenergía se diferencian significativamente en su imagen formal de los edificiosconvencionales.En losedificiosdediseñoconvencionalelénfasisestánormalmenteen lareducción del costo de construcción inicial almínimo. Los diseñadores no consideran loscostos de mantenimiento, funcionamiento, climatización, análisis del ciclo de vida de laenergía;contentándoseconcumplirallímiteloestablecidoenloscódigosdeedificacióndellugar.

Además de usar energías renovables, los edificios energía cero también se diseñan parahacerusodelaenergíaganadadeotrasfuentes,incluyendoelectrodomésticos,iluminacióneficienteyaprovechamientodelcalormetabólico(personas).Losedificiosseoptimizanparaaprovecharlaenergíadelsol(casapasiva),usodelamasatérmicaconelfindemantenerconstante la temperatura interior independientemente de las variaciones externas detemperatura,elevandoademáslatemperaturamediainteriorenvariosgradosconelfindealcanzarelconforthigrotérmicoconlaayudadelaislamientotérmicooelsuperaislamiento.Enlaactualidadexistetodoelconocimientoytecnologíamaduraparaconstruiredificiosdebaja,ultrabajaoenergíacero.

Arquitecturabioclimática

Dentrode losnuevosconceptosdediseñosparaobteneredificiosdebajaenergíaestá laarquitecturabioclimática.

Consiste en el diseño deedificaciones teniendoen cuentalas condiciones climáticas,aprovechando los recursosdisponibles (sol, vegetación,lluvia, vientos)paradisminuir losimpactos ambientales,intentando reducir los consumosde energía. Es un nuevo tipo dearquitecturadondeelequilibrioylaarmoníasonunaconstanteconel medio ambiente. Busca lograrungranniveldeconforttérmico

Edificacióndiseñadausandoarquitecturabioclimática


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Tieneencuentaelclimay lascondicionesdelentornoparaayudaraconseguirelconforttérmico interior mediante la adecuación del diseño, la geometría, la orientación y laconstrucción del edificio adaptado a las condiciones climáticas de su entorno. Juegaexclusivamente con el diseño y los elementos arquitectónicos, sin utilizar sistemasmecánicos,quemásbienseconsiderancomosistemasdeapoyo.Nosedebeolvidar,queuna gran parte de la arquitectura tradicional ya funcionaba según los principiosbioclimáticos:ventanalesorientadossegún localizacióngeograficade laedificación,elusode ciertos materiales con determinadas propiedades térmicas, como la madera, elaislamientodelsuelo,laubicacióndelospueblos,entreotros.

Para cumplir con los objetivos propuestos por el mismo concepto de la ArquitecturaBioclimática,sehanidentificadounaserieaspectosatomarencuentaalahoraderealizardiseñosdeedificaciones.

Adaptaciónalatemperatura

Es quizá en este punto donde es más común incidir cuando se habla de arquitecturabioclimática.Lomáshabitual,esaprovecharalmáximolaenergíatérmicadelsolcuandoelclimaesfrío.Aprovecharelefectoinvernaderodeloscristales.Tenerlasmínimaspérdidasdecalor(buenaislamientotérmico)sihayalgúnelementocalefactor.

Cuandoelclimaescálido lotradicionaleshacermurosmásanchos,ytenerel tejadoy lafachadadelacasaconcoloresclaros.Ponertoldosycristalesespecialescomodoblecristaly tener buena ventilación son otras soluciones. En el caso de usar algún sistema derefrigeración,aislar lavivienda.Contardelantedeunaviviendaconungranárboldehojacaducaquetapeelsolenveranoyeninviernolopermitatambiénseríaunasolucion.

Orientación

Con una orientación de los ventanales al sur en el Hemisferio Norte, o al norte en elHemisferioSur,estoes,haciaelecuador,secaptamásradiaciónsolareninviernoymenosenverano,aunqueparalaszonasmáscálidas(contemperaturaspromediosuperioresalos25°C)essustancialmentemásconvenientecolocarlosventalaesenelsentidoopuesto,estoes,dándole laespaldaalEcuador;deesta formaenel verano, la carade la ventana sóloserá irradiadaporelSolenlosprimeros instantesdelalbayenlosúltimosmomentosdelocaso, y en el invierno el Sol nuncabañará esta fachada, reduciendoel flujo calorífico almínimoypermitiendoutilizarconceptosdediseñoarquitectónicopropiosdelusodelvidrio.


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Efectoinvernadero

Lasventanasprotegidasmediantepersianas,alargadasensentidoverticalysituadasenlacara interior delmuro, dejan entrarmenos radiación solar en verano, evitando el efectoinvernadero.

Porelcontrario,esteefectoesbeneficiosoenlugaresfríosoduranteel invierno,poreso,tradicionalmente,en lugares fríos lasventanas sonmásgrandesqueen los cálidos,estánsituadasenlacaraexteriordelmuroysuelentenermiradoresacristalados,parapotenciarelefectoinvernadero.

Aislamientotérmico

Losmurosgruesosretardanlasvariacionesdetemperatura,debidoasuInerciatérmica.

Unbuenaislamientotérmicoevita,enelinvierno,lapérdidadecalorporsuprotecciónconelexterior,yenveranolaentradadecalor.

Ventilacióncruzada

La diferencia de temperatura y presión entre dos estancias con orientaciones opuestas,generaunacorrientedeairequefacilitalaventilación.

Una buena ventilación es muy útil en climas cálidos, sin refrigeración mecánica, paramantenerunadecuadoconforthigrotérmico.

Integracióndeenergíasrenovables

Mediantela integracióndefuentesdeenergíarenovable,esposiblequetodoelconsumosea de generación propia y no contaminante. En este caso, hablamos de "edificios 0emisiones".Puedellegarseinclusoagenerarmásenergíadelaconsumida‐quepodríaservendida a la red‐, en cuyo caso hablamos de "edificios energía plus". Las fuentes másempleadas son la energía solar fotovoltaica, la energía solar térmica e incluso la energíageotérmica.


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Manual para la Construcción de Edificios Energéticamente

Eficientes

EdificiosEnergéticamenteEficientesEnCostaRica

En Costa Rica, la construcción de edificios energéticamente eficientes se puede innovar,tomandoencuentacriteriostantodelaArquitecturaBioclimáticocomodelaArquitecturaSostenibleylaConstrucciónVerde.

Loscriteriosaanalizaralahoradeplantear,diseñaryconstruirunedificiodebajaoultrabajaenergíason:

• La ubicación, orientación, la formade la edificación y por ende el tratamientoexteriordeledificio.

• La implementación de sistemas para el ahorro energético como: sistemasfotovoltaícos o captación de energía solar pasiva, sistemas de energíasrenovables aprovechables en ese lugar determinado (generadores eólicos porejemplo),sistemaseficientesderefrigeraciónoaireacondicionado,sistemasdecaptaciónde luznatural, sistemasparaelprecalentamientodelaguamedianteplacassolaresasícomosistemasdecontrolygestiónparaoptimizarelusodelaenergía(domótica).

• Elusodesistemaseficientesdeaislamiento.

• La implementación de sistemas de ventilación y galerías de ventilacióncontrolada.

• El aprovechamiento climático del suelo1 (Para aprovechar la temperatura delsuelo se pueden enterrar tubos de aire de tal manera que este aire acabeteniendo la temperatura del suelo. El aire se puede introducir en la casabombeándoloconventiladoresoporconvección).

• El ahorro de agua y el aprovechamiento de agua de lluvia así como sistemasvegetaleshídricosreguladoresdelatemperaturaydelahumedad.

1 Elaprovechamientoclimáticodelsueloylossistemasvegetaleshídricosreguladoresdelatemperaturaydelahumedadsondemuypocouso,debidoasunovedadyalapocaexperienciaensuusoeinstalación.


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• Lautilizacióndematerialesecológicos.

Utilizando los aspectos yamencionados, se harán recomendaciones, tomando en cuentaaspectos del diseño arquitectónico de la estructura, aspectos del diseño interior de laedificaciónasícomoaspectosculturales.

Recomendaciones

Adaptaciónalatemperatura

Dadoalclimacálidodenuestropaís,sesugiere,dondeseaposible:

• Construirmurosmásanchos.

• Pintareltejadoylafachadadelaedificaciónconcoloresclaros.

• Instalartoldosyventanalesespecialescomoventanasdobles.

• Proporcionarbuenaventilación(permitirelflujodelviento).

• En el caso de usar algún sistema de refrigeración, aislar la edificación es vitalparamantenerelaireacondicionadodentrodelasinstalaciones.

• Pintar el techo con colores claros reflejan los rayos del sol y proporcionan uninteriormásfrescoynaturalmenteiluminado.Ladiferenciatérmicapodríallegarasersuperiora los20ºC.Estoesunfactormayoralahoradecalcular lacargadelaireacondicionado.

Tratamientoexteriordelaedificación

Se debe tener clara la posición topográfica de la obra, para establecer la orientación, laubicacióndelasventanas,paraobtenerlascondicionesóptimasdeluzyventilaciónnatural.Sedebeestarmuysegurodelsitioaconstruirantesdecontinuarconlaconstruccióncomotal. La orientación, ubicación, forma ymateriales de la estructura por construir es parteimportante a la hora diseñar. La idea detrás de estos conceptos es construir, dándole aledificio características que aprovechen al máximo la ubicación geográfica, topografíca yclimatológica.

• Seleccionarelsitiodeconstrucciónsetienequeconsiderarsisetieneenmenteunafuentedecalorsolaroconvencional.Sielplanessolar,laseleccióndelsitioserádeterminadaparaunamáximaexposicióndeuna luzdelsoldirecta,eneltechodelacasa,losladosdelpatioyparalacolocacióndeloscolectoressolares.Esto es usualmente una completa exposición del lado sur en una pendientesoleada de una colina, que protege el lado norte de la casa de los vientos


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directos del norte y que pueden variar significativamente (de 2 ºC a 10 ºC) latemperaturaexterior.

• Colocarlosventanalesdelladonortedelaedificación;lacaradelaventanasóloserá irradiada por el Sol durante laprimera hora del amanecer ytambién durante la última hora delanochecer. De esta forma se reduceel flujo calorífico al mínimo ypermitiendo además, utilizarconceptos de diseño arquitectónicopropios del uso del vidrio paramantener la estructurarelativamentefresca.

• Ubicar la construcción de forma tal,quesepuedanutilizarlosfactoresclimáticosparadarleunabuenaventilaciónacadahabitaciónsinelusodeventiladoreseléctricos;estojuntoaunaestructurade forma geométrica diseñada para que mejore aún más el flujo del aire,complementan el concepto del diseño bioclimático. La disposición de loscimientos por ejemplo, es uno de los pasos más importantes cuando seconstruyeunacasa.

• Instalarsistemasdecaptacióndeluznaturalo“tragaluces”(dondeseaposiblesuinstalación)complementanlosgrandesventanalesybrindaríangrancantidaddeluznaturalaledificio.Colocarestetipodesistemastambiénvanenfuncióndelaubicación geográfica de la edificación, y son de gran importancia para laeficienciaenergéticapuestoquedisminuyenelusodeluzartificialduranteeldía.

• Colocar líneas de servicio primario bajo tierra sonmás caras y gastan energía.Una línea tendida sobre postes, al estar rodeada por aire, semantiene a unatemperaturamenor,locuallahacemáseficiente,yportantorequieredecabledemenorgrosor.

Tratamientointeriordelaedificación

• Obtenerunabuenadistribucióninternadelashabitacionesalahoradediseñaryconstruir. Lugares o zonas donde es complicado obtener la claridad necesariasóloconluznatural,deberíanserlasdemenosuso.

• Pintar zonas oscuras con colores claros para aprovechar al máximo la luzartificial.

Ventanalesquepermitenlaentradadeluznatural


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• Colocar ventanas en habitaciones de alto tránsito o cerca de ellas. (i.e. unaoficina que estaráocupadade8ama5pm diariamentedebe estar situadaen una zona dondela luz solarproporcione lamayor parte de la

iluminación,mientras que unasaladereunionesderelativamente pocouso debería estarsituada en un lugarmásoscuro).

• Evitar la luces de techo ya que dan una calidad de luz muy pobre. Todas lasventajasdel reflejode la superficiedel techo sepierdencuandoseescondeelorigendelaluz.

• Iluminargranesáreasozonasdondesenecesiteluzartificialporlargosperíodosconlucesdemercurioosodio.

• Sellar bien ventanas y ventanales impiden de manera bastante eficiente elescapedelaireacondicionado.Aplicarsilicónmantieneuniformelatemperaturadentro de la habitación. Puertas bien ajustadas a losmarcos y con venillas dehule (similares a las de las ventanas de los automóviles) disminuyen latransferenciacaloríca.

• Instalarventanasdobles,queconstandedoscapasdevidrioseparadasentresíporunos2 cmo3 cmdeaire.Deestamanera, la luznaturalnoesobstruida,pero el aire entre las dos capas de ventana actua como aislante térmico,mantenidoelaireacondicionadodondeserequiere,dentrodeledificio.

• Aislarparedesdeconcretoomamposteríaconláminasdelgadasdeestereofón.El estereofón actuaría como asilante caloríco, mantenido también, el aireacondicionado dentro de las instalaciones. Otra ventaja del esterofón es lacualidaddeasilanteacústico.

Pasadizoiluminadoconluznatural


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Implementacióndesistemasdeahorroenergético

• Instalar bombillos de larga duración tipofluorescentesolámparasLED.

• Diseñar adecudamente el sistemaeléctrico, acorde con las demanasenergéticas requeridas; usar extensiones,porejemplo,producepérdidasdeenergíay en casos extremos hasta posiblesincendios.

• Instalar la“caja debreakers” lo más al centro de la construcciónposibleparaminimizar lasdistanciasdelcableadoasícomotenerlosgrosoresdecablerequeridos.

• Evitaraparatoseléctricosconresistenciasdecaloro grandes cargas de compresor como cocinas dediscos eléctricos, calentadores eléctricos parabaños, secadoras de ropa eléctricas, sistemascentralesdeaireacondicionado,entreotros.

• Instalardispositvosmáscomplejoscomolámparasconsensoresdemovimiento,sistemas de automatización o de control energética (domótica) y los sistemasfotovoltaícos.

LámparaLED

Bombilloseficientes


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Aspectosculturales

• Empezaraacostumbrarseaapagarlosequiposelectrónicosquenoesténenuso,yaseauntelevisor,luces,etc.

• Evitar tendenciasdedesperdicio.Tenerventanasopuertasabiertasen lugarescon aire acondicionado, provoca desperdicio. También, el uso del aireacondicionadoatemperaturassumamentebajasdeformainnecesariaevitaqueseuseeficientementelaenergíaelectrica.

• Eliminaroabrirpersianasocortinasuotros,queobstruyanel ingresode la luznaturalalashabitaciones.

Resumen

Es importante implementar en Costa Rica una norma o código de edificación que seenfoque en el consumo energético así como en el consumo de recursos naturales en

Edificaciónconsistemasdeautomatización

(domótica)


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general (i.e. recursos hídricos), es decir, una ley que obligue a construir de forma“ambientalmentesana”.

Elgobiernodebeparticiparenlaconceptualizacióndelasconstruccionesenergéticamenteeficientes.También,sedebeincentivaralcostarricense,aqueadopteestetipodemedidasdeahorroenergético.Partede los incentivospuedenser laexoneraciónparcialototaldeimpuestos de sistemas, equipos o dispositivos que sean energéticamente eficientes ogenerenenergía, como las fotoceldas. Porotro lado, el cuidadanooempresaquedecideinstalarsistemasmediasdeahorroenergéticopodríarecibirrebajasensusimpuestosdelarentauobteneralgunaotrabonificación.Desdeelpuntodevistaconstructivo,estableceralgunasopcionesdefácilaplicacióncomonormasobligatorias,tendríanefectospositvosacortoplazoydelargaduración.

ElManual para la Construcción de Edificios Energéticamente Eficientes se puederesumir de forma puntual, según área de aplicación, en las siguientesrecomendacionesysugerencias:

ConstrucciónyDiseño:

Aspectos para analizar durante el diseño de la edificación así como para su faseconstructiuva

• Construirmurosmásanchos.

• Seleccionaradecuadamenteelsitiodeconstrucción.

• Colocarlosventanalesdelladonortedelaedificación.

• Utilizar topografía para aprovechar factores climáticos y proporcionar buenaventilación.

• Diseñarlaestructuradeformageométricaparaquemejoreelflujodelaire.

• Obtenerunabuenadistribucióninternadelashabitacionesalahoradediseñaryconstruir.

• Diseñaradecudamenteelsistemaeléctrico,acordeconlasdemanasenergéticasrequeridas.

• Instalarla“cajadebreakers”lomásalcentrodelaconstrucciónposible.

• Aislarparedesdeconcretoomamposteríaconláminasdelgadasdeestereofón.

• Aislarbienlaedificación,enespecialsiseusansistemasderefrigeración.


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Mantenimientoyremodelación:

Recomendaciones a tomar en cuenta para realizar remodelaciones a estructurasexistentes,asícomoparadarlesmantenimiento

• Pintareltejadoylafachadadelaedificaciónconcoloresclaros.

• Instalartoldosyventanalesespeciales.

• Instalarventanasdobles.

• Pintar zonas oscuras con colores claros para aprovechar al máximo la luzartificial.

• Instalarventanasenhabitacionesdealtotránsito.

• Sellarbienventanasyventanales.

• Instalardesistemasdecaptacióndeluznaturalo“tragaluces”.

• Proporcionarbuenaventilación(permitirelflujodelviento).

Operaciónyuso:

Aspectossugeridosparalaeficienteoperacióndeedificiosysuequipo

• Evitar aparatos eléctricos con resistencias de calor o grandes cargas decompresor.

• Evitarlalucesdetechoyaquedanunacalidaddeluzmuypobre.

• Utilizarelectrodomésticosenergéticamenteeficientesdebidamentecertificados.

• Evitartendenciasdedesperdicio.

• Apagarlosequiposelectrónicosquenoesténenuso.

• Incentivaralcostarricense,aqueadoptemedidasdeahorroenergético.

Equipamiento(reemplazodeequipos):

Recomendaciones para la compra de futuro equipo, sustitución o reemplazo de equipoexistente

• Instalar sistemas de ahorro energético como lámparas con sensor demovimientos.

• Instalarbombillosdelargaduracióntipofluorescentes.

• Sustituircubiertadetechoporceldasfotovoltaícas.


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• Instalar dispositivosde controlenergético(domótica: sistemascapaces deautomatizar unavivienda).

• Iluminar granesáreasozonasdondese necesite luzartificial por largosperíodos con lucesdemercurioosodio.

Cubiertadetechoconsistemafotovoltaíco

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