Comunicación presentada al IV Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autor
- Xabier Barrutieta Basurko, Arquitecto doctorando Investigador Grupo Caviar, Universidad País Vasco UPV/EHU y Socio Director, Barru Arkitektura
Resumen
Durante los primeros años de este siglo y especialmente a partir de su segunda década, se han construido una serie de EECN en todo el mundo, y especialmente en Europa, que han querido ir más allá de la regulación normativa del momento y adelantarse a su tiempo. Estos primeros años de experiencia los podemos considerar como la primera generación de los EECN. El presente artículo presenta una serie de edificios EECN de una tipología concreta: los edificios corporativos. Durante este tiempo se han proyectado, construido y puesto en funcionamiento un número importante de edificios guiados por este paradigma de los que ya hay datos de su fase operativa. Tomando como referencia los estudios internacionales más relevantes realizados hasta la fecha, se presentan y analizan los datos de consumos reales de una selección de edificios y se incorporan los datos del Edificio Zero en el País Vasco.
Introducción
Las directivas europeas sobre la eficiencia energética en edificación marcan la necesidad de reducir las emisiones de CO2 producidas por el sector de la construcción de forma cada vez más estricta. La directiva 2010/31/UE definió de forma genérica los aspectos básicos de un nuevo tipo de edificio de bajo consumo energético con el objetivo de adaptar de forma paulatina el sector de la construcción hacia un menor consumo energético y de reducción drástica de emisiones de gases de efecto invernadero. En síntesis, estos principios son la limitación de la demanda energética del edificio, maximizar el uso de energías renovables y la generación próxima al edificio de dicha energía.
Motivación
Estos primeros años de experiencia los podemos considerar como la primera generación de los NZEB tras su definición por la normativa europea. Durante este tiempo se han proyectado, construido y puesto en funcionamiento un número importante de edificios guiados por este paradigma. Estos edificios se han etiquetado bajo un amplio número de adjetivos como sostenibles, bioclimáticos, de alta eficiencia energética, verdes, pasivos, de cero emisiones, ecotecnológicos etc., que responden a una serie de objetivos comunes en el sentido amplio, aunque con matices en cada caso. Muchos de estos proyectos fueron anunciados y presentados como verdaderamente revolucionarios y paradigmáticos, con ahorros energéticos insólitos y extraordinarios.
La investigación parte del hecho de la curiosidad de contrastar si en la realidad se han cumplido las expectativas anunciadas, en aprender de las estrategias más exitosas y también de los posibles errores. Al fin y al cabo no hay milagros, y el objetivo de los EECN parte de la capacidad para implementar mejoras graduales basadas en el conocimiento y las posibilidades tecnológicas de cada tiempo.
Primera generación NZEB-EECN
En los últimos años son cada vez más los edificios NZEB que se han construido por el mundo, en multitud de climas, entornos culturales y sociales diversos. Especialmente a partir de la segunda década del siglo XXI, se han construido una serie de edificios en todo el mundo, que han querido ir más allá de la regulación normativa del momento y adelantarse a su tiempo implementando a su situación el concepto NZEB y desarrollando sus posibilidades de forma integral.
El término de “Primera generación de NZEB” se acuña para denominar a los edificios construidos en la etapa correspondiente aproximadamente desde 2008 a 2013, es decir, en torno la publicación de la primera Directiva Europea de referencia en este campo hasta la primera fecha propuesta para la consecución de este objetivo gradual de NZEB.
Simulación y realidad
Existen numerosas publicaciones sobre la temática de los nZEB, pero la mayoría de esos estudios se basan en teoría y simulaciones. En este contexto, se echa de menos una lectura crítica sobre la fase de operaciones de esos edificios que presente el grado de satisfacción de las soluciones de diseño adoptadas y su eficacia. [1] En cada edificio la literatura destaca ciertos aspectos relativos a su diseño pasivo, indicadores energéticos, fuentes renovables de energía etc. pero no resulta fácil obtener la visión de conjunto del planteamiento del edificio.
Selección de casos de estudio comparables
En los edificios de Energía Casi Nula la demanda energética del edificio está estrechamente ligada a su situación geográfica y climática. Existen varios factores relevantes como las soluciones tanto de diseño pasivo como activo, el mix energético instalado y las soluciones constructivas, que deben ser estudiadas y comparadas en el marco de unas condiciones climáticas concretas.
En el caso del clima del País Vasco es un aspecto que necesita ser investigado más en profundidad porque la documentación sobre casos de estudio documentados es muy escasa. En este sentido, también sería deseable contar con casos de estudio NZEB, que estando en otras latitudes geográficas, pudieran ser comparables por su similar demanda y prestaciones en base a ciertas tipologías concretas de edificios.
Edificios Corporativos EECN
Consideraciones sobre su tipología
Los casos de estudio seleccionados para esta investigación son edificios de uso no residencial, dedicados al uso de oficinas o corporativo. Estos edificios tienen la singularidad de ser los que más energía consumen junto con los edificios educativos y docentes.
Su uso es principalmente de día y coincide con los periodos de radiación solar. Este hecho representa una diferencia sustancial respecto a otras tipologías, ya que permite acoplar las horas disponibilidad de radiación solar a las horas de mayor demanda de energía térmica y eléctrica del edificio. La demanda diferida que se produce en los edificios residenciales en los periodos nocturnos no es un problema en este caso. Este factor significa, a priori, que la energía proveniente de fuentes solares renovables es más fácilmente integrable que en otro tipo de edificios.
Selección de casos de estudio de referencia para el País Vasco
Los casos de estudio disponibles en la literatura son mayoritariamente de climas del norte de Europa, donde la demanda de calefacción es la dominante. Hoy en día también existen unos cuantos ejemplos documentados de edificios en la zona sur de Europa donde se disfruta de un clima más templado, como es la región mediterránea. En estos países dominados por la necesidad de refrigeración frente a otras demandas deben tener en cuenta otras estrategias como la inercia, la masa y los efectos de retardo temporal en el comportamiento de la envolvente del edificio. [2]
Existe una zona intermedia, donde se sitúa el País Vasco, con un clima atlántico que es diferente a los climas del norte de Europa y al clima mediterráneo cálido. Este clima mixto hace que las estrategias de diseño pasivo y bioclimático, así como los sistemas energéticos empleados sean diferentes a los anteriores casos.
Para poder realizar una segmentación de los casos de estudio según su zona climática se ha tomado como referencia el estudio más amplio a nivel mundial realizado hasta la fecha, el Towards Zero Energy Solar Buildings [3] realizado con 2014. Este estudio impulsado por la IEA (Interational Energy Agency) y varias universidades ha tenido como objetivo recopilar soluciones integradas a nivel de edificio en Edificios de Energía Casi Nula que ha identificado más de 200 casos de estudio de NZEBs y los ha geoposicionado en un mapa global [4].
Resulta interesante observar que su clasificación no ha sido estrictamente en base a su zona climática geográfica, sino que han optado por hacerlo en referencia al porcentaje de demanda entre calefacción y refrigeración. De esta forma los proyectos se identifican en cuanto a si están dominados por la refrigeración, por la calefacción o por la combinación de ambos.
Estos casos de estudio se agrupan en cuanto a su uso contemplando si son de uso residencial o no, de tal forma que los de referencia para esta investigación relativa a los edificios corporativos resultan ser una parte de los casos de estudio seleccionados como no residenciales y que se encuentran en los climas templados. En este caso la investigación se centrará en la comparativa entre estos edificios:
- Pixel Building, AU
- Eithis Tower, FR
- Green Office, FR
- Meridian, NZ
- Solar XXI, PT
- Circe, ES
Comparativa de casos de estudio
Datos y discusión
A través de esta investigación se busca poner en contexto el Edificio Zero, un Edificio de Energía Casi Nula construido y que se encuentra ya en funcionamiento en el País Vasco en relación a las experiencias análogas que se están obteniendo en el contexto internacional.
Para ello se han seleccionado una serie de datos que son comunes y habituales en las descripciones de este tipo de edificios, a fin de poder evaluarlos comparativamente y realizar lecturas críticas. En la tabla adjunta se pueden observar los datos disponibles de cada edificio.
Se han tomado como referencia los datos correspondientes a la demanda de Energía Final, ya que los factores de conversión resultan muy divergentes según en qué países y se corre el riesgo de desvirtuar el estudio.
En esta investigación se proponen una serie de indicadores combinados elaborados para esta tipología de Edificios Corporativos a fin de poder realizar una comparativa más específica.
Demanda de energía final de calefacción
Como primer dato, en la tabla adjunta se observa que el rango de demanda de calefacción por metro cuadrado se sitúa entre 11 y 43 kWh/m2a, por lo que se desprende que la calidad de la construcción respecto al aislamiento térmico es comparativamente consistente.
En esta demanda se incluyen los apartados relativos a la directiva EPBD, es decir, calefacción, refrigeración, ventilación e iluminación para los casos de edificios de oficinas. En el caso de los edificios que cuentan con calefacción y refrigeración a baja temperatura se evita el alto consumo eléctrico de las plantas de refrigeración.
Generación eléctrica fotovoltaica por superficie climatizada y año
Este índice es el resultado de una combinación de varios factores y tiene la finalidad de medir la capacidad de generar energía solar fotovoltaica por m2 de superficie climatizada del edificio, lo que da pie medir el grado de aprovechamiento de la envolvente del edificio para integrar paneles solares fotovoltaicos.
Como conclusión, resulta una buena posición media el hecho de generar en torno a 20 kWh/m2a de energía solar. El edificio que corresponde al valor que destaca sobre el resto incorpora varios sistemas de captación solar en todas las orientaciones del edificio.
Edificio Zero. Singularidades
La investigación pretende dotar de un marca comparativo internacional y sólido al caso de estudio del Edificio Zero. En este sentido cabe destacar varios aspectos singulares a considerar.
La demanda total anual de energía eléctrica para su acondicionamiento siguiendo las directrices de la directiva europea que considera (calefacción, refrigeración y ACS e iluminación en el caso de edificios de oficinas) del edificio Zero se produce a través de las placas instaladas en su cubierta inclinada, podemos concluir que la energía producida a través del sol significa el 105% del consumo, por lo que Zero llegaría a ser un edificio de energía positiva.
Considerando todo el mix de generación de energía, las únicas emisiones de CO2 que se producen relativas al edificio Zero son las correspondientes al consumo eléctrico de la propia instalación del District Heating-Cooling que es 100% renovable. Si se tiene en cuenta la reducción de la demanda por la aportación de la cubierta fotovoltaica de Zero, las emisiones del resto de energía eléctrica para cubrir la demanda de Energía Base (calefacción, refrigeración, ACS e iluminación) han sido de tan solo 0,29 kgCO2/m2 durante el año 2015.
Conclusiones
Esta investigación comparativa entre varios casos de estudio EECN a nivel mundial ha servido para situar en un rango comparativo con edificios de la misma tipología al edificio Zero. En cada edificio la literatura destaca ciertos aspectos relativos a su diseño pasivo, indicadores energéticos, fuentes renovables de energía etc. pero no resulta fácil obtener la visión de conjunto del planteamiento del edificio.
Existen numerosas publicaciones sobre la temática de los EECN, pero la mayoría de esos estudios se basan en teoría y simulaciones. En este contexto, se echa de menos una lectura crítica sobre la fase de operaciones de esos edificios que presente el grado de satisfacción de las soluciones de diseño adoptadas y su eficacia. [5]
Aunque existen varios estudios comparativos con metodologías propias en este campo, se echa en falta una metodología común para poder evaluar los edificios de forma transversal, sobre unos criterios claros en cuanto al modelo de EECN buscado.
Notas finales
[1] Zhou, Z., Feng, L., Zhang, S., Wang, C., Chen, G., Du, T., Zuo, J. (2016). The operational performance of “net zero energy building”: A study in china. Applied Energy, 177, 716-728. doi:10.1016/j.apenergy.2016.05.093
[2] Ascione, F., Bianco, N., Böttcher, O., Kaltenbrunner, R., & Vanoli, G. P. (2016). Net zero-energy buildings in germany: Design, model calibration and lessons learned from a case-study in berlin doi:10.1016/j.enbuild.2016.10.019
[3] Definition of common principles, & under the, E.Towards nearly zero- energy buildings
[4] EIke Mussal.Net zero energy buildings – worldwide. Retrieved from <a href ‘http://batchgeo.com/map/net-zero-energy-buildings’ target=’_blank’>http://batchgeo.com/map/net-zero-energy-buildings</a>
[5] Zhou, Z., Feng, L., Zhang, S., Wang, C., Chen, G., Du, T., . . . Zuo, J. (2016). The operational performance of “net zero energy building”: A study in china. Applied Energy, 177, 716-728. doi:10.1016/j.apenergy.2016.05.093