Comunicación presentada al III Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autor
- Aser Moris Rodríguez, Ingeniero Industrial Superior, Moris Arroes
Resumen
Grupo Tectum, especialista en la gestión de viviendas destinadas al alquiler, ha llevado a cabo su segundo proyecto de rehabilitación integral de un bloque de viviendas en Gijón apostando por la eficiencia energética; el primero, situado a escasos metros y habitado desde mayo de 2015, fue pionero al calefactar el inmueble mediante la primera instalación de bomba de calor aire-agua. La ingeniería y la instalación han sido asumidas en ambos casos por la empresa Moris Arroes, en colaboración con el estudio de arquitectos ovetense de Julio y María Valle. Tras el éxito comercial y funcional de la primera experiencia, se ha dado un paso más en la eficiencia energética combinando la instalación de bomba de calor aire-agua con mejoras importantes en las envolventes térmicas del edificio y con sistemas emisores de calor que maximicen su rendimiento; se instalará suelo radiante, con una temperatura máxima de impulsión 35ºC, con lo que en la Asturias costera se logra superar el COP 4. La existencia de datos del proyecto anterior permitirá cuantificar las mejoras. Este edificio se convertirá en la primera rehabilitación tipo A en Asturias.
Introducción / Antecedentes
Grupo Tectum, después de tres décadas gestionando viviendas propias en alquiler, decide en 2010 adquirir y rehabilitar un edificio completo en el centro de Gijón para posicionarse en el arrendamiento de alta calidad. En este primer proyecto, iniciado en 2013 y finalizado en 2015, apuesta por la eficiencia energética incluyendo por vez primera en un bloque de viviendas en Asturias una bomba de calor tanto para ACS como para calefacción. Alcanza una calificación energética B.
Una vez constatado el éxito comercial –todo el inmueble había sido alquilado antes incluso de la finalización de los trabajos- y funcional –los ahorros energéticos superan las expectativas-, Grupo Tectum decide en el siguiente proyecto ahondar en la vía iniciada y ofrecer la primera rehabilitación con bomba de calor en bloque de viviendas que llega a la calificación energética A.
Parámetros generales
El bloque de viviendas está ubicado en Gijón, en la céntrica calle de Cabrales, y compuesto por 5 viviendas, que contabilizan un total de 405 m2 para calefactar. La instalación está definida para usar suelo radiante como emisor final, ya que en este proyecto, al basarse en la mejor solución a nivel de aislamiento e instalación térmica desde el principio, se logra adaptar el suelo radiante aun siendo rehabilitación. Dado que Grupo Tectum, como empresa promotora, destina sus proyectos al alquiler, cobra vital importancia poder aportar las mejores calidades y menores costes posibles al arrendatario, su cliente final. Debido a lo cual estableció como objetivo prioritario de su segundo proyecto alcanzar la calificación energética A apoyándose en el aumento de los niveles de aislamientos proyectados y en la bomba de calor.
Cálculo de necesidades y simulación 3D
Para comenzar con el análisis de posibilidades térmicas para esta edificación, se han de definir las necesidades de calefacción y agua caliente que tendrán las viviendas a nivel individual y nivel colectivo para poder analizar también las opciones de centralización para la producción de agua caliente sanitaria. Para llevar a cabo este cálculo se utiliza el software informático CYPE en la versión 2016. En el programa se intenta reproducir a nivel de detalle toda la edificación, definiendo cada uno de los cerramientos que forman la envolvente térmica. De esta manera se pueden buscar los aislamientos óptimos en la balanza técnico-económica. Las condiciones generales para el cálculo son: emplazamiento, Gijón; temperatura exterior de diseño, 1.20ºC; temperatura media exterior anual, 13.35ºC; temperatura del terreno, 6.40ºC; porcentajes de mayoración de carga, N 10%, E 7%, O 7%, S 0%; y una mayoración de cargas en invierno por intermitencia de 5.0 %.
Según la simulación, la vivienda demanda en calefacción en su momento máximo 14.134 W, con una media de 39,8 W/m2. Estos resultados resultan algo superiores a los esperados para un bloque de viviendas con CTE 2013 en los que la demanda estaría cerca de los 30 W/m2. La causa la encontramos en el grado de protección del inmueble. Su fachada principal está catalogada por lo que no se puede actuar en su exterior. Dado este condicionante, no se podrá llegar a la A desde el punto de vista del aislamiento, es decir, de demanda. Habrá que proyectar pues un sistema térmico de calefacción y ACS que sea lo más eficiente posible que compense dicha problemática.
Opciones, condicionantes, aportación solar
Una vez definida la demanda del bloque de viviendas ya se puede analizar qué solución es la más adecuada en la balanza técnico-económica. En principio, no habría ninguna opción que no se pudiera llevar a cabo aunque sí es cierto que la opción geotérmica perdería atractivo al disponer de poco espacio y con una cimentación ya ejecutada. Por otro lado disponemos de acometida de gas natural con lo cual se podría prescindir de la opción de gas propano que requeriría espacio para el depósito y además resulta más caro. De forma análoga también se puede eliminar la opción con gasóleo. La instalación de folio eléctrico tiene un coste de inversión muy pequeño pero empeoraría mucho la calificación energética de la vivienda; además nos supondría unos costes excesivos de mantenimiento, al ser la forma más cara de calefactar cualquier vivienda. Con estas alternativas ya apartadas del proceso de selección, solo nos quedarían: caldera de pellets, caldera de gas de condensación y bomba de calor Aerotérmica.
La caldera de pellets tiene a su favor que nos facilitaría obtener una alta eficiencia energética para la vivienda, calificación A. Y en contra que no se dispone de espacio común suficiente para la instalación del silo, con lo que habría que disminuir la superficie del bajo comercial, con el coste económico que esto conlleva.
La caldera de gas con condensación y apoyo de energía solar térmica es la opción más convencional que se tiene en el mercado. Nos daría la opción de un sistema centralizado de calefacción y ACS o individual, además de tener mejores rendimientos que las otras alternativas de combustión. El aspecto negativo de esta opción sería que la calificación energética máxima sería una C, y la más normal sería una D.
La bomba de calor aire agua o Aerotermia es la última alternativa viable Frente al gas, tiene un coste anual menor, una mejora en la calificación energética, llegando a A, necesita muy poco espacio, no necesita ninguna chimenea y es la opción más limpia al no necesitar combustiones. La inversión inicial seria ligeramente superior pero amortizable en el medio plazo. Con esta alternativa se pueden dejar de instalar los paneles solares térmicos al poder justificar la aportación renovable de la instalación mediante el documento del IDEA “Metodología de Cálculo para considerar las BC renovables”.
SPF= COP nominal x FP x FC
COP nominal: obtenido en condiciones de ensayo => certificado por el fabricante.
FP: factor de ponderación que tiene en cuenta las distintas zonas climáticas.
FC: factor de corrección que tiene en cuenta la diferencia entre la temperatura de uso y la temperatura para la cual se ha obtenido el COP de ensayo. La temperatura de trabajo para calefacción será de 35ºC y 45ºC en ACS.
Para los FP y FC se ha utilizado el documento “Prestaciones medias estacionales de equipos y sistemas de producción de frío y calor en edificios de viviendas”. Asturias supone un 30% de la demanda de ACS con renovables. Ese 30% de aporte renovable lo podemos aportar con calefacción o con ACS.
SPF= 4,5 x 0,8 x 1,00= 3,6 >> 2,5 BC Renovable
SPF= 4,5 x 0, 8 x 0,77= 2,77 >> 2,5 BC Renovable
Como la propiedad desea disponer de un inmueble de alto valor añadido, esta opción es la que mejor se adapta.
Instalación de aerotermia y suelo radiante
Al final se opta por la opción de bomba de calor aire-agua con instalación de suelo radiante. La instalación calefacción y producción de agua caliente sanitaria se hará centralizada de forma que a la entrada de cada vivienda se instalarán contadores de energía para cuantificar los consumos de cada vivienda y contadores de agua para contabilizar el número de litros de ACS consumidos.
Las bombas de calor seleccionadas son aroTHERM VWL 155/2 A del fabricante Vaillant en cascada. Las bombas de calor sólo tienen una unidad exterior, con lo que la conexión con la sala de calderas será mediante tuberías con agua, sin anticongelante. En la sala de calderas se conecta con un deposito multienergía allSTOR de 1500 litros de capacidad de Vaillant, con dos entradas de calor: una más alta para el agua caliente sanitaria y otra más baja para la calefacción; en función de la demanda se adaptará la temperatura de impulsión en la salida de la bomba de calor, 35 ºC para calefacción y 45ºC para el ACS.
En las salidas del depósito tendremos las posibilidades de calefacción y de ACS. La salida para calefacción irá a una bomba de circulación de alta eficiencia y adaptación de caudal según demanda que alimentará cada vivienda cuando el termostato de cada una de ellas envíe señal y abra la zona a calefactar. La salida de ACS ira a un módulo instantáneo de producción de ACS con capacidad para producir hasta 45 litros de ACS por minuto.
Los emisores de calor en las viviendas serán circuitos de suelo radiante que estarán dimensionados para un salto térmico mínimo, dando como temperatura máxima de impulsión para calefacción el día más frío de 35ºC. La regulación de esta temperatura será mediante sonda exterior con regulación de curva.
Análisis económico de la inversión
Desde luego el aspecto económico es uno de los que más influyeron en la viabilidad del proyecto. A continuación se presentan los costes anuales que conllevarían cada una de las tecnologías para la calefacción y ACS, en las condiciones de 21ºC de septiembre a mayo durante 12 horas y 18ºC el resto del día. Como se puede observar, la opción más económica a nivel de uso es la geotermia pero la inversión inicial seria desproporcionada y de muy difícil ejecución. A continuación tendríamos la bomba de calor aire-agua, la caldera de pellets y la caldera de gas de condensación. Con lo que desde el punto de vista del coste anual la bomba de calor es la mejor opción.
Para poder analizar la inversión de forma global tambien se ha de tener en cuenta la inversión inical necesaria. En el caso de la caldera de gas de condensación con apoyo de energia solar térmica la inversión mínima sería de aproximadamente 23.500 € mientras que la inversión en aerotermia ascendería a 39.511 €. Conociendo los coste anuales de consumo que son de 3.617 € para la caldera de gas y de 2.031 € para la bomba de calor y que el incremento medio del precio del combustible es del 6% para el gas natural y del 8% para la electricidad se puede determinar que la sobreinversion de la bomba de calor se amortiza frente al gas en 8,03 años. Provocando un ahorro en 10 años de 11.185,61 €, además de la mejora en la calificación energética de un letra D a una A.
Calificación energética
La calificación energética obtenida con la vivienda alcanza la A, como se aprecia en la etiqueta. Esto se debe principalmente al grado de aislamiento del edificio, a la bomba de calor Vaillant con la instalación de suelo radiante que alcanza un alto COP y al esquema de funcionamiento proyectado por Moris Arroes que logra maximizar los rendimientos mediante la diferenciación de temperaturas para calefacción y ACS. La instalación térmica consigue que se alcance la A, aun partiendo de una D en demanda. Los valores son: demanda de calefacción, 43,6 kWh/m2; consumo de energia primaria, 20,5 kWh/m2 ; y unas emisiones de CO2 de 3,5 kg CO2/m2.
Conclusiones
Gracias a la apuesta de Grupo Tectum se ha podido proyectar y llevar a cabo una instalación muy diferente a lo convencional, que alcanza niveles de eficiencia mucho más altos y que realmente se adapta a las necesidades de la edificación. Además, en este caso, supone una continuación en el camino iniciado con la instalación de la primera bomba de calor en bloque de vivienda de Asturias. El resultado obtenido por el promotor es el posicionamiento en el segmento medio-alto del alquiler residencial y la generación de patrimonio con un alto valor añadido sostenible en el tiempo.
A nivel de instalaciones, al tener una instalación similar muy cercana, 300 metros, se podrán valorar las soluciones implementadas en este proyecto, cómo se amortizan y cuáles resultan más rentables.
Moris Arroes ha llevado a cabo un análisis completo que ha permitido desde la simulación 3D conocer el proyecto al detalle, lo que permite prever los costes de uso de las instalaciones y no solo con el uso de COP puntual sino con una aproximación al COP estacional, que es el que realmente define el rendimiento de la bomba de calor. Valorando todas las alternativas es como realmente se logra ver cuál de ellas se adapta mejor al edificio en estudio. Además se continúa la monitorización de toda la instalación para cuantificación de consumos.