ZEMCH 2019 International Conference Proceedings April.2020 | Page 295

Figure 1. Left: original house design; Right: house design adapted (own elaboration) 

The building materiality of the outer envelope is modified to improve their thermal conditions. 
An additional insulation is established on each envelope surfaces. External cladding with expanded 
polystyrene is applied in the walls; window frames with double glass and air‐chamber, high density 
polystyrene  insulation  under  the  floor  and  glass  wool  in  the  ceiling  of  the  upper  floor.  With  the 
insulation  proposed and  resulting  U  values the  house  is  simulated  with  TRNSYS®  software  and its 
TRNBUILD® (Type 56) to get the energy demands for internal comfort. Then, PV and thermal efficiency 
according to irradiation levels is calculated with F‐Chart tool, to get a possible energy production for 
60  years  of  life  expectancy  according  the  Powerhouse  standard  [13].  After  that  a  conversion  on 
Gigajoules  is  calculated,  to  express  the  energy  embodied  expectancy  to  reach  the  carbon  neutrality 
requirement. 
3.
Results 
The  energy  simulation  of  the  house  studied  done  with  software  TRNSYS  17.0  regarded  local 
climatic  data from  Meteonorm@, and  TRNBUILD  module  was used to  calculate  demands  and  solar 
capture in different inclinations and orientations of the roof. This tool considers local weather, thermal, 
solar  irradiation  (direct,  diffuse  and  albedo)  and  winds  in  the  model  analysed.  Based  on  this,  the 
simulations show the indoor performance, with the energy demands for schedules occupation of each 
space  (living  room,  kitchen  and  bedrooms).  As  expected,  the  results  show  an  increase  in  heating 
consumption when the back façade increases its deviation from the solar exposition toward real north 
orientation. When the main façade for solar collection is facing to north, the average annual demand is 
34.45 kWh per m2. The higher demand for heating is observed with the maximum deviation analysed 
(94º), getting a requirement of 41.91 kWh/m2; in intermediate conditions ‐ with deviations between 19º 
and 55º ‐ an average annual demand of 35.83 kWh/m2 and 35.90 kWh/m2, respectively, is observed. 
Consequently, there is a considerable reduction in irradiation capture when the deviation from the best 
deposition  for  solar  capture  is  consistent.  If  the  collector  façade  has  a  deviation  greater  than  45º  in 
relation  to  the  optimum,  the  thermal  demand  increases  by  21.7%;  however,  with  intermediate 
deviations  from  north  the  increase  is  reduced  (4.0%  and  4.2%).  Then,  with  passive  strategies,  a 
reduction of thermal demands is achieved from 74%, in an average day of June (winter season), to 70%, 
in an average day of an inter‐seasonal month according to typical demands. 
3.1. BIPV technology potential 
The geometry of the roof surfaces allows to install 54 BIPV panels according size of commercial 
products available in the region; corresponding to a net solar capture area of 70.2 m2. In this option, 
the ratio of collection surface to the building surface is 0.71. As well for the passive solar capture, the 
simulation shows that the sunlight reaches an important slope during June specially. On the contrary, 
between  December  and  January  the  direct  solar  incidence  is  high,  then  it  is  required  to  avoid 
overheating in summer. According to simulation, electrical production of panels is matched to energy 
Evaluation of Energy Self-supply in Single Family Homes of Concepción, Chile
284