EspaiZero, primer centro estatal 100% autosuficiente energéticamente a través de energías renovables

Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:

Autor

• Franc Comino Ruíz, Socio-Fundador de Wattia Innova, Wattia Innova S.L.

Resumen

EspaiZero es un espacio energéticamente autosuficiente que tiene triple funcionalidad; por una parte, es la sede de la empresa Wattia Innova, por otro lado es un laboratorio de experimentación y mejora de métodos y también hace función de “showroom”. EspaiZero es una realidad que demuestra que, con la aplicación de más de 20 sistemas de eficiencia energética, pasivos, activos (mediante energías renovables) y de una correcta integración de estos, se puede lograr el consumo energético cero. La reducción de la demanda energética, la producción mediante energías renovables, la acumulación de energía y el consumo racional son las bases para que EspaiZero se autoabastezca energéticamente.

Introducción / Antecedentes

El pasado mes de abril Wattia Innova, S.L., empresa que ofrece un servicio integral para la automatización y mejora de la eficiencia energética de todo tipo de instalaciones, inauguró su sede EspaiZero.

EspaiZero es un centro de oficinas situado en la localidad de Olot (Gerona, Cataluña) y es el primer centro estatal 100% autosuficiente energéticamente. Este espacio de oficinas de 200 m2 que alberga 19 trabajadores es capaz de autogenerar, mediante fuentes renovables, toda la energía que consume y junto a la integración de un sistema de automatización que gestiona todos los sistemas pasivos, activos y de control instalados, consigue que el consumo energético sea cero.

EspaiZero nació con dos objetivos muy claros:

1. Ser un ejemplo real de referencia en el campo de la eficiencia energética siendo un escaparate para el público mostrando que la autosuficiencia energética es posible.
2. Ser un laboratorio de pruebas que permita investigar, desarrollar y poner en práctica sistemas de eficiencia energética y energías renovables.

Descripción del Proyecto

Se podría visualizar los principios de funcionamiento de EspaiZero como indica la Figura 1:

Para que el proyecto EspaiZero fuese una realidad, Wattia tuvo muy claro que había que construir un espacio “Passive Box”, que tuviera la mínima demanda energética posible y que no tuviera pérdidas energéticas favoreciendo el ahorro energético tanto como fuera posible. De este modo, la elección del local se convirtió en una de las claves para conseguir la autosuficiencia energética que EspaiZero tiene ahora mismo.

Para reducir la demanda energética, se actuó sobre los siguientes elementos:

• Orientación – Se eligió un local orientado a sur.
• Implementación de elementos pasivos.
• Uso de equipos de clasificación energética óptima.
• Concienciación de los usuarios.

Después de reducir la demanda energética con métodos pasivos se tuvo que producir la energía, mediante fuentes renovables, suficiente para satisfacer la demanda. Las fuentes naturales utilizadas son:

• Sol – placas fotovoltaicas y térmicas.
• Viento – aerogenerador.
• Tierra – geotermia.

Y teniendo en cuenta que la producción de energía mediante renovables no es constante, es necesaria una acumulación que proporcione energía en momentos en que la producción no es suficiente. EspaiZero dispone de:

• Pilas de agua – acumulación térmica compactada.
• Baterías eléctricas – acumulación eléctrica.

Finalmente y para que todos estos elementos funcionen de manera eficaz con orden y sentido, se requiere de una gestión y control inteligente que integre y una todos los sistemas. En el caso de EspaiZero, este director de orquestra es el Software de Gestión Energética Integral (SGEI) que, en base a unos parámetros que priorizan el ahorro energético, decide, de manera completamente autónoma, el qué, cuándo y cómo los sistemas deben funcionar. Del SGEI depende en gran medida el logro del hito, “consumo cero”.

Así pues, se puede plasmar el funcionamiento de EspaiZero como indica la Figura 2:

Metodología

En la Figura 3 se reproducen y numeran de forma resumida todos los principales sistemas activos aplicados.

Sistemas Activos:

1. Geotermia: Sistema compuesto por una bomba de geotermia, con un COP de hasta 5, i 3 pozos de 160m para la producción de calor en invierno y frío en verano.
2. Pilas de agua: Acumulación térmica mediante dos depósitos de agua de 800 litros cada uno.
3. Climatización por Suelo radiante: Sistema de calentamiento del local durante los meses fríos.
4. Climatización por Techo refrescante: Sistema de refrigeración del local durante los meses cálidos.
5. Sondas suelo radiante: Sondas de temperatura instaladas para ajustar la regulación.
6. Pozo canadiense: Sistema que aprovecha la diferencia de temperatura entre el sótano existente del edificio y el ambiente exterior. El sistema consiste en aprovechar la temperatura de esta masa de aire, que al encontrarse soterrada se mantiene casi constante durante el año.
7. Chimenea solar: Sistema para la evacuación del aire caliente que se genera en el interior del local los meses más cálidos.
8. Panel Solar: Sistema instalado en la puerta principal que acumula la energía del sol y calienta un serpentín de agua. Éste se utiliza para aumentar el efecto chimenea solar.
9. Captación fotovoltaica: Sistema fotovoltaico de 36 placas instaladas en el tejado del edificio.
10. Baterías eléctricas: Sistema para acumular la energía eléctrica generada por las placas solares.
11. Cristal con células fotovoltaicas: Sistema para la alimentación de un pequeño calentador eléctrico de agua.
12. Sala de racks: Sistema de renovación natural de aire aprovechando la cara más fría del edificio.
13. Servidores eficientes: Servidores con una alta calificación EnergyStar.
14. Iluminación Led: Luminarias con leds de alto rendimiento.
15. Iluminación Regulada: Sistema de iluminación regulada según aportación lumínica exterior.
16. Sensores de presencia y movimiento: Control de la iluminación mediante sensores.
17. Aerogenerador helicoidal: Sistema helicoidal de 4 kW instalado en el tejado del edificio.

Sistemas Pasivos:

1. Orientación: Orientado a Sur-Oeste, dispone de grandes aperturas en esta fachada.
2. Aislamiento: Sistema envolvente con un grosor de 8 cm (? = 0,022) en techo y paredes.
3. Captación solar: Aperturas en fachada Sur-Oeste con alto nivel de insolación e iluminación natural.
4. Perfilería: Marcos con doble sistema de rotura de puente térmico.
5. Acristalamiento: Cristales triples con doble cámara de aire de 10 cm con gas argón y 2 capas de baja emisividad, consiguiendo un coeficiente de transmisión térmica (?) de 0.8.
6. Iluminación natural: Zonas de trabajo distribuidas para obtener la máxima iluminación natural.
7. Ventilación cruzada: Ventanas oscilo batientes automatizadas para conseguir un sistema de ventilación natural cruzada. Refrigeración en verano y renovación de aire interior durante todo el año.
8. Recuperación estratificación: Conductos en la parte alta de las salas para recoger, tratar y aprovechar el aire caliente estratificado. En invierno se aprovecha para climatizar y en verano se expulsa para la chimenea solar.

Sistemas de Control y Medida:

1. Automatización: PLC de control y sistema KNX para el control, gestión y coordinación de todos los sistemas de eficiencia instalados.
2. SmartLite FSL de 24 puntos: Sistema de monitorización continua de consumos eléctricos y tarificación.
3. iENetB: Sistema de monitorización de bus domótico KNX, desarrollado por Wattia Innova, encargado de monitorizar y registrar todas las variables de proceso del bus.
4. iES7: Sistema de monitorización para Siemens PLC desarrollado por Wattia Innova, encargado de monitorizar y registrar todas las variables del PLC de control.
5. Estación Meteorológica Davis: Un controlador para bus KNX, desarrollado por Wattia Innova, recoge los datos de la estación para utilizarlas en el control de EspaiZero.

Resultados y datos obtenidos

Gracias a los 100 sensores instalados y a la monitorización de datos a tiempo real mediante la web se pueden obtener resultados y analizarlos. La Figura 4 muestra cómo se obtienen algunos de los gráficos y resultados mediante la página web.

El historial de datos obtenidos, visualizados en gráficas y tablas, ha permitido determinar cómo se comporta cada uno de los sistemas en diferentes momentos estacionales y así poderlos regular para que ofrezcan el máximo de su rendimiento en cada momento.

Como ejemplo se podría destacar los sensores de temperatura instalados en el interior de los pozos geotérmicos (ver Figura 5. Sensor en sonda geotermia) que permiten conocer la respuesta real del subsuelo ante la acción del intercambio de calor, pudiendo conocer en todo momento el nivel de saturación de éste.

También los sistemas de electroválvulas vinculadas a un sistema de automatización y control que se han instalado en los acumuladores de agua con el fin de comprobar el rendimiento de diferentes modos de almacenamiento de energía térmica en su interior.

Como resultado a pruebas efectuadas a éstos sistemas se podrían nombrar:

• Con la compactación del agua de las pilas se consigue una acumulación de energía para 14 horas de autonomía térmica como promedio. Sin esta compactación solo se obtiene una acumulación menor a las 5 horas.
• La radiación solar directa al suelo de un día soleado hace que la temperatura del agua del suelo radiante suba 3 grados que se inyectan directamente a las pilas de acumulación. Esto supone 2 horas adicionales de autonomía en las pilas de agua.
• También se ha podido determinar que la inercia del suelo radiante es de 4 horas de promedio (ver Figura 6. Sondas en suelo radiante.).

Los resultados a este estudio constante que nos permite EspaiZero están siendo aplicados a clientes de modo que se puede ofrecer un elevado grado de fiabilidad.

Discusión de los Resultados

Desde que EspaiZero era solo un proyecto hasta el día de hoy, se ponen sobre la mesa debates sobre los diferentes sistemas. Hasta ahora, se han resuelto incógnitas que siempre se habían tenido tales como:

• Creemos que energéticamente es mejor tener más metros cuadrados de cristal en fachada que tener pared bien aislada siempre que el cristal instalado tenga un coeficiente de transmisión térmica menor a 1.
• Otra incertidumbre era si es mejor parar el suelo radiante durante el fin de semana, cuando no hay personas, o mantenerlo en marcha. Se ha comprobado que, en nuestro caso, es mejor mantener en marcha el suelo radiante en modo “stand by” reduciendo los grados de impulsión de éste en tres grados.
• EspaiZero también permite discutir los cálculos obtenidos a través de software tan conocidos como Calender o Leader. Se ha determinado que la aportación calorífica de las personas junto con los equipos informáticos de EspaiZero es de 1,5ºC.

Conclusiones

¿Por qué llegar a un consumo cero?

• Porque la Directiva Europea 2010/31 (EPBD recast) determina que a partir del 31/12/2020 todos los edificios de nueva construcción tendrán que ser de consumo casi nulo.
• La experiencia de haber implementado un centro con consumo nulo y haberlo mantenido en estas condiciones hasta el momento (un año) proporciona al equipo de Wattia Innova un “Know how” valiosísimo, anticipándose así a un futuro que nos dirige en la dirección de la eficiencia energética.
•  Estar en vanguardia en el mundo de las energías renovables y sistemas de eficiencia energética.

¿Son necesarios 20 sistemas de eficiencia energética?

• En EspaiZero se están implementando el máximo de sistemas posibles para que sea un “showroom” y así sirva de escaparate para todo el mundo que esté interesado.
• EspaiZero es también un laboratorio donde se experimenta con nuevos sistemas y poder así, determinar su validez.
• Por otro lado, se obtienen estudios de rendimiento de los sistemas que ya están en uso.

¿Qué tiene de especial EspaiZero?

• Se ha podido verificar que para obtener el consumo cero es clave que todos los sistemas estén perfectamente integrados. La integración de éstos es lo que hace EspaiZero una realidad.
• Una vez lograda la integración se requiere de un director que haga trabajar a todos los diferentes elementos de forma inteligente. En EspaiZero este director es llamado SGEI (Software de Gestión Energética Integral)

¿Es viable EspaiZero?

• Con la tecnología actual, cruzar la línea del 70% de ahorro energético en una instalación requiere de un nivel de inversión muy elevado. A día de hoy un EspaiZero sería viable en el caso que la llegada de la acometida eléctrica hasta el punto fuese muy complicada. De todos modos y viendo lo rápidamente que evoluciona la tecnología en este campo, se prevén cambios importantes en este sentido. A pesar de esto, actualmente se puede llegar hasta el ahorro del 70% de la energía con un retorno de la inversión razonable.

Además, desde la inauguración en abril de 2013, EspaiZero ha recibido alrededor de 1.600 visitas donde destacan la del Consejero de Empresa y Ocupación, Felip Puig, quien estuvo en la inauguración, y la de los directores de importantes entidades como el IREC (Institut de Recerca de Catalunya) o el ICAEN (Institut Català de L’Energia), junto con otras personalidades y expertos en el campo energético.

Gracias a esta corriente, el proyecto EspaiZero está sirviendo para que importantes distribuidores de energía fósil dejen de ser competidores para convertirse en potenciales colaboradores que invierten en la dirección del consumo cero usando energías renovables y eficiencia energética.

Agradecimientos

Especiales agradecimientos a:

• Ayuntamiento de Olot, AJEG (Asociación Jóvenes Empresarios Girona) y Cercle EURAM de la Garrotxa por el Premio 100% Emprendedores de 2013.
• Generalitat de Catalunya y al Departamento de Empresa y Ocupación por el galardón otorgado en los Premios Excelencia Energética en Ahorro y Eficiencia Energética de 2014.
• También agradecer su colaboración a: CILMA, Diputación de Girona, Ayuntamiento de Olot, Proyecto Europeo AIDA, IREC, ICAEN, Serveis Territorials i Ocupació a Girona, Universidad Ramon Llull, Asociación KNX España y Universidad de Girona.