Comunicación presentada al III Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Francesco Oliva, Arquitectura y eficiencia energética, Zeroaplus
- Octavio Cabello Villalobos, Ingeniería de las instalaciones y eficiencia energética, Zeroaplus
- David de Torres, Director técnico, Energy-minus
- Daniel Sarasa Fuenes, Urban Innovation planner, Smart City Program Manager, Ayuntamiento Zaragoza
Resumen
Con el proyecto de I+D CiemDatalab, se quiere dar respuesta a la problemática en la gestión energética sostenible de edificios mediante la implantación de nuevas metodologías de optimización energética con herramientas de big data. Nuestro prototipo experimental es el edificio CIEM del Ayuntamiento de Zaragoza. Con este trabajo, buscamos definir unos parámetros de referencia en gestión sostenible para las futuras construcciones de edificios de consumo casi nulo como de edificios existentes. Actualmente somos capaces de diseñar nuevos edificios NZEB y tenemos la tecnología necesaria para generar energía de fuentes totalmente renovables. El nuevo objetivo es conseguimos integrar diseño de baja demanda energética, instalaciones de bajo consumo procedente de fuentes renovables con estrategias de gestión de datos para optimizar al máximo las prestaciones en uso. Tenemos plantadas las semillas para optimizar el ahorro de un edificio NZEB. El proyecto es un estudio sobre edificio de alta eficiencia energética que se utilizado como laboratorio abierto. Un prototipo experimental donde ensayar un modelo metodológico dinámico capaz de orientar estrategias de gestión integral finalizadas a dar resultados a lo largo de la vida útil. Un proyecto prototipo adaptable y repetible dentro de una infraestructura opendata (plataforma EMIOS) accesible y utilizable para nuevas investigaciones.
Antecedentes
La propuesta de actividad de I+d, se desarrolla en la ciudad de Zaragoza dentro del marco de Open Urban Lab de Etopia en el Centro de Arte y Tecnología. La propuesta ha sido presentada por Zeroaplus y Energy Minus conjuntamente dentro de la “Convocatoria de proyectos de ciudad inteligente en el marco del Open Urban Lab de Etopia”. El proyecto de una duración de 24 meses al momento se encuentra en el quinceavo mes de desarrollo.
Problema global con solución local
En Europa, debido a aspectos geopolíticos y de sostenibilidad medioambiental, está presente la necesidad de dar respuestas estratégicas en el ámbito de la gestión energética al parque inmobiliario y las infraestructuras urbanas existentes.
España, dentro de los países de la Unión Europea, es una de las regiones económicas con más dependencia energética, con un stock de infraestructuras y edificios en unas condiciones de uso y funcionamiento que requieren actuaciones inmediatas de rehabilitación y/o optimización en la gestión de los mismos.
Las Comunidades Autónomas, Ayuntamientos y organismos públicos en general, debido a la presente situación de crisis económica no tienen los recursos necesarios para dar respuestas concretas a la enorme cantidad de bienes disponibles, lo cual representa un problema económico por los costes energéticos y de mantenimiento que llevan asociados.
La mezcla de bajos recursos económicos por parte de la administración pública y el siempre creciente aumento de los costes de mantenimiento y de la energía, junto a los altos compromisos europeos (directiva europea 2010/31/CE) de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y de consumo energético, con la introducción del concepto NZEB (Nearly Zero Energy Building) y EPBD – (Energy Performance Building Directive), obligan a una reinterpretación de la gestión estratégica a nivel de planificación integral en fase de diseño y de uso de los edificios.
Objetivos
- Definir una metodología de diagnósticos de datos científicos y medioambientales de los edificios NZEB.
- Catalogar soluciones de alta eficiencia energéticas en uso, medibles y exportables a futuros proyectos.
- Impulsar un protocolo de acción para que los ayuntamientos puedan evaluar el estado energético de las prestaciones de sus infraestructuras.
- Estructurar una certificación en uso de los proyectos NZEB por medio de un análisis de datos con procedimientos no invasivo.
Ciemdatalab como herramienta para evaluación de las prestaciones de los edificios EECN O NZEB
El interés del trabajo subyace en definir unos parámetros de proyecto de un futuro edificio NZEB pasando por el análisis de los datos de una arquitectura en uso de altas prestaciones energética como es el caso del edificio CIEM de Zaragoza. Esto nos sirve para marcar unos protocolos claros de diseño que combinan la evaluación constante del proyecto constructivo de alta eficiencia energética con la gestión y optimización energética del mismo a lo largo de su vida útil.
Para el desarrollo del proyecto nos marcamos una planificación organizada en varios bloques temáticos como se muestra en la imagen.
La importancia de los datos en los futuros proyectos de edificio NZEB y la edificación existente
La nueva tecnología de la información está alcanzando los niveles más altos de experimentación para gestionar gran cantidad de datos (Big Data). La capacidad de poder acceder a ellos es fundamental para la correcta interpretación de los mismos y para evaluar su potencial en vista de las mejoras en la gestión.
En el ámbito de la eficiencia energética en el sector de la edificación, un sector en crecimiento con más del 40% de incidencia en el ámbito del consumo y emisiones de gases contaminantes, tener datos históricos del comportamiento energético es fundamental para un diseño más eficaz de planificación y gestión estratégica.
Estamos delante del nacimiento de nuevos paradigmas que incorporan datos en el ámbito del diseño de la planificación. Hasta hace muy pocos años incorporar datos de funcionamiento de los edificios y de las infraestructuras urbanas representaba una labor técnicamente compleja y económicamente poco viable. Hoy, con pocos instrumentos de lectura de consumo del edificio somos capaces de interpretar el origen de sus consumos y detectar fallos de funcionamiento y corregirlos para mejorar sus prestaciones.
Por su diseño de “CERO” emisiones y tecnología con múltiples sensores el edificio CIEM (Temperatura interior y exterior, humedad relativa, calidad del aire, y parámetros de consumo eléctricos) se convierte en un verdadero laboratorio para los estudios de optimización energética y ambiental.
En este edificio se implanta un sistema de procesamiento de datos basado en Big Data, llamado EMIOS con el que hemos sido capaces de recopilar, clasificar e interactuar con los datos históricos de funcionamiento del edificio a lo largo de 4 años de funcionamiento.
Con estos datos, clasificados y ordenados según familias estamos caracterizando al máximo el comportamiento del edificio para mejorar su gestión, optimizar el consumo y controlar su calidad ambiental. Tenemos a nuestra disposición más de 40 millones de datos y más de cientos de sensores para empezar un proceso complejo de simplificación de la definición los patrones de comportamiento de los edificios y generar nuevas dinámicas que se puedan exportar en edificios de servicios parecidos para mejorar la calidad ambiental y reducir consumos.
Las optimizaciones que se han realizado se ciñen en ajustes de funcionamiento, horarios, parámetros de temperatura, uso activo de la inercia térmica. Todo esto implantado sin necesidad de inversiones adicionales.
Los primeros resultados obtenidos son muy esperanzadores, constatamos que sin bajar el confort de los usuarios del edificio y con estas optimizaciones se recortan los consumos energéticos de manera apreciable.
Gracias a los datos obtenidos en la monitorización del edificio y el uso de una herramienta (EMIOS) hemos sido capaces de ajustar un modelo de simulación del edificio con el que experimentar de manera previa a su puesta en marcha, optimizaciones y ajustes en el edificio. Posteriormente hemos introducido la previsión meteorológica en la ecuación del edificio, y hemos constatado que los cambios en la gestión basados en la previsión de las condiciones externas es una herramienta no solo útil, sino que permite incrementar los ahorros energéticos de la instalación.
Análisis de un caso concreto. Estudio de los datos de la instalación geotermia aire
En el caso de la geotermia con temperatura exterior, llega hasta 42 grados y la temperatura a la que se capta el aire en el edificio máximo 27 grados. En la segunda semana de agosto, que es de las que se define como “tropical”, vemos tres días con temperaturas superiores a los 40 grados (42) y temperaturas nocturnas en torno a los 30, sin embargo, el sistema se alimenta de aire de entre 24 y 27 grados, son saltos térmicos de 15 grados.
El diagnóstico de los datos de comportamiento de la geotermia nos proporcionó un importante punto de partida para comprobar el funcionamiento real de los conductos. Posteriormente nos pusimos a analizarlo por medio de una simulación dinámica y detectamos un posible error en el diseño de los conductos de entrada de aire y el bajo o nulo funcionamiento de algunos. Con esto se planteó un nuevo diseño optimizado de la geotermia por el caso concreto del edificio CIEM.
Conclusiones
Después de un largo análisis y caracterización de los datos energéticos empezamos a tener una información muy concreta del comportamiento del edificio, el funcionamiento de su envolvente como de las instalaciones. Además, empezamos a tener datos del comportamiento y el uso del edificio por parte de los usuarios.
La información nos da datos concretos de cómo actuar en optimización energética y medioambiental:
- Un primer nivel de bajo impacto que se ciñe en la aplicación de protocolos de usos responsable de las instalaciones por parte de los usuarios.
- Un segundo nivel que busca la optimización energética de las instalaciones por medio de un control de las mismas sin tener que menoscabar la calidad y el confort de los usuarios.
- Un tercer nivel de actuación en mejoras de aquellos puntos críticos del edificio (envolvente e instalaciones) que realmente representan una mejora energética a lo largo de la vida útil.
La tendencia general que marca el diseño de los futuros edificios NZEB pasa por un control de la demanda según las indicaciones de diseño passivhaus, integración de sistemas de producción de energía renovable para el control del consumo y una gestión inteligente.
Los NZEB o edificios de consumo casi nulo hoy son viables y controlables en fase de pre-construcción y post-construcción. La implementación de las últimas tecnologías en diseño BIM (Building Information Modeling) donde es posible orientar variables de la arquitectura en diseño, construcción y gestión es una realidad experimentada. Dentro del diseño BIM con el incipiente concepto 6D de control del entero ciclo de vida de un proyecto, nos damos cuenta que el paso siguiente es incorporar todos estos procedimientos bajo una monitorización y diagnóstico científico de los datos para la pre-evaluación y confirmación de las prestaciones o la aplicación de estrategias de optimización orientada a mantener los objetivos de diseño ECCN.
Referencias
- Dan Riskin, The Next Revolution in Healthcare en Forbes.
- Big data: The next frontier for innovation, competition, and productivity.
- Bonnie Feldman, Ellen M. Martin y Tobi Skotnes. Big Data in Healthcare. Hype and Hope. Consultora Dr. Boonie 360º, octubre 2012.
- CTE DB HE: Ahorro de Energía.
- De la Casa Pasiva al Estándar Passivhaus.Micheel Wassouf. Gustavo Gili Editorial.
- Proyecto ZEBRA 2020.
- Proyecto de investigación MED-MAIN materiales inteligentes. 2015.